[电磁兼容]电路的电磁兼容性设计 [复制链接]

摘 要：电路的电磁兼容性是指其在一个电磁环境中能正常工作的适应能力．电磁兼容性设计是提高产品可靠性的技术途径之一；提高电路的电磁兼容性有利于提高整个电子设备的可靠性．对电磁兼容的防护性设计中，滤波技术和接地技术，做了较详细的分析，根据具体情况提出抑制各种干扰及工程设计的方法．

0 引 言

    电磁兼容性(Electromagnetic CompatibilITy简写为EMC)包含2方面的内容：电工电子设备及其系统具有一定的抗扰度，以保证对各种电磁干扰具备一定的抵抗能力；同时其自身产生的电磁噪声必须限制在一定的电平，以避免对周围环境造成电磁污染，影响其他电工设备及其系统的正常运行．电磁兼容性设计是产品可靠性设计的要素之一，也是提高产品可靠性的技术途径之一．电路的电磁兼容性设计主要包括：元器件选择、电路选择、滤波技术应用、接地设计、电路布局等．电路的电磁兼容性设计首先要做功能性检查，在方案已确定的功能电路中，检查电磁兼容性指标能否满足要求，此时若不能满足要求可以靠修改参数来达到指标，如修改发射功率、工作频率，重新选择元器件等；还应考虑防护性设计，包括滤波、接地设计．作为电子设备还要考虑屏蔽技术应用和布局调整性设计，包括对总体布局的检验、电缆布线和分配、门窗孔缝的位置检验、组件和印制板布局方位的检验等．

1 滤波器设计

1．1 低通滤波器的设计

    例如为接收机设计一个低通滤波器，使高于接收机工作频率的干扰信号至少衰减30 dB，接收机的工作频率范围为2 MHz～30 MHz，经测定干扰信号的最低发射频率为66 MHz．考虑到低通滤波器的截止频率应略大于30 MHz，选取32 MHz，而最低的干扰频率为66 MHz，相对的频率变化倍数为2．06．根据滤波器的衰减与频率的关系⋯ ，在66 MHz处获得30 dB的衰减，应采用5级滤波器( =5)，经查巴特沃思滤波器1～20级元器件值表 2，如图1所示、

根据截止频率fc=32 MHz，接收机的天线阻抗为7212，对元件参数进行转换计算：

Cl=C5=0．618／72×2n×32×10 =43×10一。 (F)

C3=2．00／72×2rt×32×10 =1．38×10一。 (F)

L2=L4=1．618／72×2n×32×10 =10．58×10一。 (H)

最后设计完成的低通滤波器如图2所示、

1．2 高通滤波器的设计

   由于高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，因此具体设计只需将低通滤波器网络中的电容器换成

电感器，电感器换成电容器，高通滤波器的网络结构就确定了，高通滤波器的截止频率fCh就是低通滤波器的截止频率 ；将原低通滤波器中的电感值的倒数值作为相应高通滤波器的电容值，而低通滤波器中的电容值的倒数值作为高通滤波器的电感值．

1．3 带通滤波器的设计

    带通滤波器的幅值特性和LC谐振特性相似，因此一般带通滤波器采用LC串联谐振电路和LC并联谐振电路综合构成，其中串联支路参数Ls、Cs和并联支路参数LP、cP均由以带通滤波器中心频率为谐振频率∞0决定．

   带通滤波器的级数由中心频率两边±厂处的衰减分贝值来决定．带通滤波器的元件参数可按照幅频特性中大于中心频率的一半是低通滤波器的特征来设计，只要确定L，C中的一个参数，即可由 。2=1／(LC)计算另一个参数．图3为带通滤波器的原型结构电路．

    先分析串联支路的电感参数，假设带通滤波器的中心频率厂 0=0 Hz，在其幅频特性低通部分，设低通滤波器的截止频率厂 c=1 Hz，在此条件下，可查低通滤波器巴特沃思原型电路元件值表得到串联电感L值．由于实际的低通特性截止频率应为带宽频率∞c，因此作频率换算得L =L 1(2~L)=L^／∞

由谐振条件∞ =1／(LsCs)，可得

Cs=11(∞6Ls)=∞c／(L 6)

设Q=∞0／∞c，称为谐振因子，代入上式得Cs=11(∞0QL^)．

同理，并联支路电容值可查表得CK，经频率换算Cv=CK／∞ ，由谐振条件及谐振因子得LP=1／( 0Q )，然后还需要作阻抗换算，在查表之前必须确定滤波器的级数 ．

1．4 带阻滤波器设计

   带阻滤波器和带通滤波器的结构具有对称性，即LC串联支路和LC并联支路正好调换位置．其方法与带阻滤波器相同．在数字电路中，电源信号的瞬态干扰可以造成逻辑和时序混乱，通常采用共模电感式扼流圈和磁性滤波环．共模电感式扼流圈是一种在瓷环上绕制两组或四组共模线圈构成的电感器，一组线圈接数字信号线，另一组线圈接其回线，使流过两线线圈的电流大小相等，方向相反，磁环中磁通互相抵消；磁性滤波环是一种双孔磁芯或磁环，是将数字信号线在双孔磁芯或磁环上绕一圈而构成的滤波器．

2 信号接地设计

    信号接地就是为系统内部各种电路设置公共参考电位点(或面)，它和安全接地采用低阻抗体必须与大地连接的形式是不一样的．信号接地的连接对象是种类繁多的电路，因此接地的形式是多种多样的．信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，因此必须以电磁兼容性为目标选择接地方式．需要讨论信号接地系统的分类原则．在复杂的大系统中，既有高频信号，又有低频信号；有强电电路，又有弱电电路；既有频繁开关动作的设备，又有极为敏感的弱信号装置．这样的综合性系统，仅仅将电路按需要设置接地方式是不能满足电磁兼容性要求的，还必须采用分门别类的方法将不同类型的信号电路分成若干类别，以同类电路构成接地系统．“四类法”是其中的一种分类方法，它是将所有电路按信号特性分成4类，分别接地，形成4个独立的接地系统，每个“地”系统可能采用不同的接地方式．

第一类是敏感信号和小信号“地”系统．包括低电平电路、弱信号检测电路、传感器输入电路、前级放大电路、混频器等，由于这些电路工作电平低，信号幅度弱小，特别容易受到干扰而失效或降级，因此他们的地线应避免混杂于其他电路中．

第二类是不敏感信号和大信号电路的地线系统．包括高电平电路、末级放大器、大功率电路等．因为在这些电路中工作电流都比较大，地线系统中的电流也比较大，因此必须和小信号电路的地线分开设置，否则通过地线的耦合作用必然对小信号电路造成干扰，使电路不能正常工作．

第三类是干扰源设备地系统，它包括电动机、继电器、接触器等．由于这类元件在工作时产生火花或冲击电流等，往往对电子电路产生严重的干扰，除了要采取屏蔽隔离技术外，地线必须和电子电路分开设置．

第四类是金属构件地．它包括机壳、底板、机门、面板等．为了防止发生人身触电事故、雷击事故、外界电磁场的干扰以及摩擦产生静电等，必须将机壳等接地．

    在设计中，按电路性质分类接地的措施还包括数字信号地和模拟信号地分别设置、交流电源和直流电源的地分开等措施．在同一类电路中，由一个共同的接地导线系统，根据各种电路接地点的连接方式不同，可以分为4种接地系统：单点接地系统、多点接地系统、混合接地系统、悬浮点接地系统．

3 结 论

     电路的电磁兼容性设计还有很多内容值得进行深入的研究，提高电路的电磁兼容性，有利于提高整个电子设备的电磁兼容性设计指标，进而提高产品的可靠性．

文章出自: 世科网