唐 鵬

（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

隨著電子設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾曉O(shè)備電磁兼容性。過去采用的事后檢測(cè)和改進(jìn)方法，不僅增大了經(jīng)濟(jì)損失，而且提高了安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，需在設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段降低設(shè)備的電磁干擾能力，提升設(shè)備的電磁兼容性能。

1 電磁兼容性

電 磁 兼 容 性（Electromagnetic Compatibility，EMC）主要是指設(shè)備在所處電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)其產(chǎn)生的電磁干擾不影響相鄰其他設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。設(shè)備電磁兼容性主要包括兩點(diǎn)。第一，設(shè)備應(yīng)具備一定抗電磁干擾能力，能抵抗所處環(huán)境中其他設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾。第二，設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，其產(chǎn)生的電磁干擾不影響所處區(qū)域其他設(shè)備的正常工作[2]。

2 影響設(shè)備電磁兼容性的因素

結(jié)合設(shè)備電磁兼容性的要點(diǎn)分析，影響設(shè)備電磁兼容性的因素主要分為兩種。第一，抗電磁干擾能力；第二，電磁干擾能力。

2.1 抗電磁干擾能力

影響抗電磁干擾能力的因素主要表現(xiàn)在接地方法和機(jī)殼設(shè)計(jì)，接地方法不當(dāng)或機(jī)殼設(shè)計(jì)不合理都可能降低設(shè)備的抗電磁干擾能力[3]。

2.1.1 接地方法的影響

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，接地是重要步驟，若接地方法不當(dāng)，將可能造成設(shè)備抗電磁干擾能力減弱。例如，高頻電路的地線連接中，如果采用同一接地線路完成各元器件的接地，那么設(shè)備的運(yùn)行線路將可能受到接地線分布電容和分布電感的耦合影響出現(xiàn)可靠性降低的現(xiàn)象，進(jìn)而影響設(shè)備的電磁兼容性。

2.1.2 機(jī)殼設(shè)計(jì)的影響

設(shè)備生產(chǎn)制造時(shí)，機(jī)殼材料主要分為金屬型和非金屬型。非金屬型機(jī)殼的抗電磁干擾能力較弱，外界形成的干擾電磁場(chǎng)能輕松地穿過機(jī)殼，干擾內(nèi)部電器元件正常工作，進(jìn)而影響設(shè)備的穩(wěn)定性。金屬型機(jī)殼的抗電磁干擾能力強(qiáng)，但干擾電磁場(chǎng)仍可透過金屬機(jī)殼的縫隙進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，進(jìn)而影響設(shè)備的穩(wěn)定性。因此，設(shè)計(jì)機(jī)殼時(shí)，需增大抗電磁干擾能力。

2.2 電磁干擾能力

電子設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生干擾電磁場(chǎng)，不僅影響自身安全運(yùn)行，而且干擾鄰近區(qū)域設(shè)備。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電磁干擾能力主要與設(shè)備線纜和印制電路板有關(guān)。

2.2.1 線纜的影響

較復(fù)雜的電子設(shè)備內(nèi)部必然由多種功能模塊和元器件相互連接構(gòu)成，線纜在連接中起重要作用。設(shè)備中線纜布置的科學(xué)性和合理性也影響設(shè)備的電磁兼容性。通常設(shè)備工作中，線纜之間會(huì)形成寄生電容和電感。當(dāng)相鄰線纜之間功率差異過大、距離過近時(shí)，其產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)將變強(qiáng)，產(chǎn)生的電磁干擾能力將越大。由于電磁干擾產(chǎn)生于設(shè)備內(nèi)部，較易造成設(shè)備內(nèi)部信號(hào)串?dāng)_，影響設(shè)備內(nèi)部正常信號(hào)傳輸，進(jìn)而影響設(shè)備的穩(wěn)定性[4]。

2.2.2 印制電路板的影響

印制電路板是影響設(shè)備電磁干擾能力的主要因素之一。印制電路板中，電源布線和信號(hào)布線是產(chǎn)生電磁干擾的主要因素。電源布線產(chǎn)生的電磁干擾與印制電路板驅(qū)動(dòng)的負(fù)載有關(guān)。負(fù)載運(yùn)行中會(huì)隨所處狀態(tài)的變化而變化，電源布線電壓則隨負(fù)載的變化而變化。不斷變化的電壓在印制電路板中較易形成高次諧波，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾能力。信號(hào)布線產(chǎn)生的電磁干擾與信號(hào)線在印制電路板中所占比例有關(guān)，比例越大，其產(chǎn)生的電磁干擾能力越強(qiáng)[5]。此外，每個(gè)信號(hào)布線回路在印制電路板中都可看作一個(gè)電磁放大器，內(nèi)部靜電感應(yīng)作用在每個(gè)信號(hào)布線回路上，較易感應(yīng)出更大電壓，從而形成更大的輻射電磁場(chǎng)，對(duì)外界產(chǎn)生更強(qiáng)的電磁干擾能力。

3 提升設(shè)備電磁兼容性的方法

3.1 科學(xué)采用接地方法

正確的接地方法能增強(qiáng)設(shè)備的抗電磁干擾能力，提升設(shè)備的電磁兼容性。具體接地時(shí)，可按照低頻電路和高頻電路選擇對(duì)應(yīng)的接地方法。對(duì)低頻電路接地時(shí)，可將設(shè)備中各模塊或元器件連接到同一個(gè)接地點(diǎn)進(jìn)行接地，不僅有助于各模塊或元器件間的信號(hào)傳輸，而且還有效提升了設(shè)備的電磁兼容性；對(duì)高頻電路接地時(shí)，受線路的阻抗影響，其電磁干擾能力增大，影響各模塊或元器件的穩(wěn)定性，需采取就近接地原則。

3.2 優(yōu)化機(jī)殼設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)備機(jī)殼設(shè)計(jì)是快速提升設(shè)備抗電磁干擾能力的方法。如果機(jī)殼采用非金屬材質(zhì)，可采用兩種優(yōu)化處理方式。第一，在機(jī)殼底部位置增設(shè)金屬板，然后將設(shè)備內(nèi)易產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng)的元器件或模塊安裝在金屬板上，利用金屬板與大地之間的分布電容形成干擾返回通路。第二，對(duì)非金屬材質(zhì)機(jī)殼表面進(jìn)行導(dǎo)電性噴涂，噴涂后的機(jī)殼具備屏蔽作用。如果機(jī)殼采用金屬材質(zhì)，應(yīng)對(duì)機(jī)殼表面的縫隙或孔洞做優(yōu)化處理，盡量減小機(jī)殼裝配縫隙尺寸，同時(shí)讓設(shè)備內(nèi)部的重要元器件遠(yuǎn)離孔洞口，以降低外界的電磁干擾。

3.3 規(guī)范線纜的布設(shè)

設(shè)備內(nèi)部線纜布設(shè)時(shí)，應(yīng)充分考慮電磁干擾的影響?？砂凑招盘?hào)強(qiáng)弱進(jìn)行歸類，以免不同頻率線纜之間產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射電磁場(chǎng)。線纜布設(shè)時(shí)，首先需了解不同線纜之間的功率，然后將功率相近的線纜統(tǒng)一布設(shè)，并將功率較高或功率較低的線纜分開布設(shè)。如果線纜屬于外接線纜，需做防護(hù)處理，以降低輻射強(qiáng)度。對(duì)于高頻外接線纜，不僅需縮短線纜在設(shè)備內(nèi)部的長(zhǎng)度，還需對(duì)進(jìn)入部位做屏蔽處理[6]。

3.4 優(yōu)化信號(hào)布線和電源布線

為有效降低電源布線變化電壓和變化電流產(chǎn)生的電磁干擾，可采用設(shè)置電源平面層的方式進(jìn)行電源布線設(shè)計(jì)。利用該方式能有效平衡各元器件的電壓和電流，使各元器件中的電壓值和電流值趨于穩(wěn)定，進(jìn)而降低電磁干擾。信號(hào)線布設(shè)時(shí)，可通過優(yōu)化信號(hào)線回路長(zhǎng)度和添加吸收瞬變電壓的器件進(jìn)行優(yōu)化。此外，對(duì)于較敏感的區(qū)域，可采用專門的屏蔽處理。

4 結(jié) 論

電子設(shè)備運(yùn)行中不可能完全消除電磁干擾，但能通過一系列優(yōu)化措施提高抗電磁干擾能力和降低電磁干擾能力，從而提高電磁兼容性。