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電磁兼容性（EMC， Electromagnetic Compatibility）是指電子設備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調、有效地進行工作的能力。電磁兼容性設計的目的是使電子設備既能抑制各種外來的干擾，使電子設備在特定的電磁環(huán)境中能夠正常工作，同時又能減少電子設備本身對其它電子設備的電磁干擾。印刷電路板（PCB）設計中的電磁兼容性涉及多方面因數(shù)，以下主要從三大部分加以闡述，具體選擇要綜合各方面因數(shù)。 一 印刷電路板整體布局及器件布置 1.一個產品的成功與否，一是要注重內在質量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較完美才能認為該產品是成功的；在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB.6層板比4層板噪聲低10dB.經濟條件允許時盡量用多層板。 2.電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產生干擾），功率驅動區(qū)（干擾源），故步板時要合理地分成三區(qū)。 3.器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。 4.線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當大的改善。 5.外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機為例，最短指令周期1？s時，外時鐘是12MHz.而同樣速度的Motorola 單片機系統(tǒng)時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的需求降至原來的1/3.而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部鎖相環(huán)技術，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內部總線速度卻提高到8MHz乃至更高。 6.布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等……，它們的走向應該是呈線形的（或分離），不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。 7.在器件布置方面與其它邏輯電路一樣，應把相互有關的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產生噪聲，要相互靠近些，特別是晶振下方不要走信號線。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點十分重要。 二 地線技術SkE安規(guī)與電磁兼容網 1.模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設計和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產生的極小噪聲電壓，都會引起輸出信號的嚴重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V，CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍，故數(shù)字電路具有較強的抗干擾的能力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當多的干擾源是通過電源和地總線產生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。 2.數(shù)字地與模擬地分開（或一點接地），地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好（100mil線經約通過1到2A的電流）。地線＞電源線＞信號線是線寬的合理選擇。 3.電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。 4.為減少線間串擾，必要時可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號間，三 去耦、濾波、隔離三大技術 1.去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。 2.電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容；對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容； 3.濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身安全性。高通、帶通濾波器則應根據(jù)系統(tǒng)中對信號的處理要求選擇使用。 4.典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統(tǒng)，另一方面單片機系統(tǒng)本身的噪聲也不會以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統(tǒng)的干擾。對特別怕干擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地SkE安規(guī)與電磁兼容網。 |
