高速电路信号性分析与方案设计书八.doc

第8章 高速信号的EMC分析电磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源下,各种设备或系统在电磁的环境下能正常工作的一门科学。所涉及到的技术领域和服务对象几乎包括了所有用电的或电磁的设备。目前,越来越多的国家已把电磁兼容标准作为电气电子产品中必备的或产品性能的评价依据。电磁兼容标准对设备的要求有两个方面：一个是工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响，另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一个方面的要求称为干扰发射要求，后一个方面的要求称为敏感度要求。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个，一个是以电磁波的形式从空间传播，另一个是以电流的形式沿导线传播。 因此，电磁干扰发射可以分为：传导发射和辐射发射；敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。本章重点介绍了防电磁干扰的三项重要技术（屏蔽、滤波和接地）以及PCB设计中的电磁兼容问题，以便对电磁兼容技术感兴趣的工程技术人员有一个简明而确切的初步了解。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。8.1 电磁兼容中的接地技术8.1.1 概述接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，也是EMC性能高低之关键因素。在电子设备中，合理地应用接地技术，能抑制电磁噪声，大大提高系统的抗干扰能力，减少EMI。并且良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用，能释放设备机壳上积累的大量的电荷，从而避免产生静电放电效应。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。在设计一个产品时，在设计期间就考虑到接地是最经济的方法。一个设计良好的接地系统，不仅从PCB，而且能从系统的角度防止辐射和进行系敏感度的防护。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 有关接地系统所关心的重要领域包括：通过对高频元件的仔细布局，减小电流环路的面积或使其极小化。对PCB或系统分区时，使高带宽的高频电路与低频电路分开。设计PCB或系统时，使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。仔细选择接地点以使环路电流，接地阻抗及电路的转移阻抗最小。把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。把非常敏感的（低噪声容限）的电路连接到一稳定的接地参考源上。8.1.2 接地的种类首先了解一下接地的分类及相关定义，根据接地的作用不同，将设备的“地”分成以下3大类： 1. 工作地工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位而不会随着外界电磁场的变化而变化。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 这里重点介绍信号地和功率地： 信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。信号地的较好定义是信号流回源的一个低阻抗路径。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2. 安全地安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。有时，为防止雷击而设置避雷针,以防止雷击时危及设备和人身安全。为安全考虑,要直接接在大地上。3. 出于电磁兼容需要接地 除了设备工作和安全保护之外，有时设计人员对设备还需要采取一些措施，比如屏蔽、滤波等，这些也是需要接地的，因此有时还用到下面的地。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。（1）屏蔽接地：电路之间由于寄生电容必须进行必要的隔离和屏蔽，提供给这些隔离和屏蔽的金属的地线。屏蔽与接地应当配合使用，才能起到屏蔽的效果。屏蔽接地主要包括电路的屏蔽罩接地、电缆的屏蔽层接地和系统的屏蔽体接地。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。（2）滤波接地：滤波器中一般都包含信号线和电源线到地的旁路电容，提供给这些旁路电容的接地，如果不接地，这些旁路电容就出于悬浮状态，起不到旁路的作用。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。（3）噪声和干扰抑制：对内部噪声和外部干扰的控制需要设备和系统上的许多点与地相连，从而为干扰信号提供最低阻抗的通道。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。（4）静电接地：非导电用的导体器件接地，泄放静电和防止接受无线电波再发射。 根据上述的接地分类情况，我们发现其实接地的真正功能主要有两个，那就是提供安全和信号“零电位”两种作用，因此可以更通俗易懂的将接地分为“安全地”和“信号地”两种。安全地是为了设备电气安全，一般与大地相连，保证接地的设备与大地处于同一个电位；信号地是为了电路能够正常工作，不一定与大地相连接，可以是任何定义为电位参考点的位置。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。8.1.3 接地方式接地没有一个很系统的理论或模型，人们在考虑接地时只能依靠他过去的经验或从书上看到的经验。接地的方法很多，具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。接地的方式可以分为三种：单点接地，多点接地和混合接地。其中单点接地可以分为串联单点接地和并联单点接地两种，如图8-1所示。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。信号接地方式多点接地单点接地混合接地串联单点接地并联单点接地图8-1 信号接地方式1.单点接地 单点接地连接是指在产品的设计中，接地线路与单独一个参考点相连，该点常常以地球为参考，如图8-2所示。单点接地要求每个电路只接地一次，并且接在同一点，并设置一个安全接地螺栓，防止来自两个不同子系统( 有不同的参考电平) 中的电流与射频电流经过同样的返回路径，从而导致共阻抗耦合。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外）。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。图8-2 单点接地工作频率低（30MHz）的采用多点接地式（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路），为了减小电感，要求地线的长度尽量短，在频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。每根接地线的长度小于信号波长的1/20。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。图8-6 多点接地的公共阻抗耦合问题多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过减小地线阻抗（减小公共阻抗）来解决。在导体表面镀银能够降低导体的电阻，如图8-6所示。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。通用的经验法则是，对于低于1MHz 的频率来说，优选单点接地。假设信号是上升沿长、频率低的信号，频率介于1MHz 到10MHz 之间，这时也只有当最长的走线或接地引线长小于波长的1/20 时，才可用单点接地，而且每条走线的线长都应考虑在内。多点接地可以减少噪音产生电路与0V 参考点之间的电感，原因是存在许多并行RF 电流回路，即使在0 V 参考点上有许多并联接地线，仍旧可能会在两个接地引线之间产生接地环路。这些接地环路容易感应ESD磁场能量或者容易产生EMI 辐射。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.混合接地混合接地则是结合了单点接地和多点接地的综合应用，既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。一般是在单点接地的基础上再通过一些电感或电容多点接地（如图87所示），它是利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使地线系统在不同的频率下具有不同的接地结构，主要适用于工作在混合频率下的电路系统。比如对于电容耦合的混合接地策略中，在低频情况时，对于直流，电容是开路的，等效为单点接地，而在高频下则利用电容对交流信号的低阻抗特性，电容是导通的，整个电路表现为多点接地。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。 图8-7 混合接地频率在1MHz10MHz之间，采用混合接地。当许多相互连接的设备体积很大（设备的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大）时，就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性。当发生这种情况时，干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。混合接地系统在不同的频率呈现不同的接地结构。（a）（b）图8-8 混合接地举例图8-8(a)是一个系统工作在低频状态，系统串联单点接地。但这个系统暴露在高频强电场中，因此屏蔽电缆需要双端接地。所以，对于电缆中传输的低频信号，系统是单点接地的，而对于电缆屏蔽层中感应的高频干扰信号，系统是多点接地的。接地电容的容量一般在10nF以下，取决于需要接地的频率。要注意电容的谐振问题，在谐振点电容的容抗最小。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。图(b)所示的是一个系统受到地环路电流的干扰。如果将设备的安全地断开，地环路就被切断，可以解决地环路电流干扰。但是出于安全的考虑，机箱必须接到安全地上。所以，对于频率较高的地环路电流，地线是断开的，而对于50Hz的交流电，机箱都是可靠接地的。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。4.浮地浮地就是不接大地，设备地线系统在电气上与壳体构件的接大地系统相互绝缘，如图89所示，是一种悬浮的方式。其目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来，从而抑制来自接地线的干扰。其优点是该电路不受大地电性能的影响；其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰，因此浮地的效果不仅取决于浮地的绝缘电阻的大小，而且取决于浮地的寄生电容的大小和信号的频率；由于设备不与大地直接相连，容易出现静电积累现象，这样积累起来的电荷达到一定程度后，在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的静电击穿现象，这是一种破坏性很强的干扰源。为此，在采用浮地方式时，应在设备与大地之间接一个电阻值很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。图8-9 浮地方式采用浮地的设备，单元容易受空间耦合干扰，注意采用电磁屏蔽技术。8.1.4 模拟与数字电路的接地1.模拟电路接地许多模拟电路工作在低频状态下，对于这些灵敏的电路，单点接地是最好的接地方式。接地的主要目的是防止来自其它噪声元件( 如数字逻辑器件、电动机、电源、继电器) 的大接地电流争用敏感的模拟地线。模拟接地所要求的无噪声度依赖于模拟输入的灵敏度。例如，对于低电平的模拟放大器，要求10 V 输入信号的会比要求1 0 V 输入信号的更易受干扰。谚辞調担鈧谄动禪泻類。2.数字电路接地在高速数字电路中优先使用多点接地。它的主要目的是建立一个统一电位共模参考系统。许多数字环路并不会要求具有滤波作用的接地参考源。数字电路具有几百毫伏的噪声容限，并且能够承受数十到数百毫伏的接地噪声梯度。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。对于只有数字电路组成的印刷板的地线系统,将接地线做成闭合环路, 缩小电位差值，可以明显提高抗干扰能力。而对于较低频的模拟信号来说，考虑更多的是避免回路电流之间的互相干扰，所以不能接成闭环。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。电源线的布置要根据电流的大小尽量加粗走线宽度。在布线工作的最后,用地线将电路板没有走线的地方铺满(大面积) 。在接地时还需要避免共阻抗路径,如图810所示稳压器电路的“调整端的取样点”或“公共点”,千万不能接在有负载电流流过的输出线和公共地线上如图(a)所示,应从管脚根部单独另外用引线引出如图(b)所示。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。图8-10 避免共阻抗路径3.数模混合电路的接地接地技术中还有一个很重要的部分就是数字电路与模拟电路的共地处理。一般说来，数字电路的频率高，而模拟电路的对噪声的敏感度强，正因为如此，高频的数字信号线要尽可能远离敏感的模拟电路器件，同样，彼此的信号回路也要相互隔离，这就牵涉到模拟和数字地的划分问题。一般的做法是，模拟地和数字地分离，只在某一点连接，这一点通常是在PCB板总的地线接口处，或者在数模转换器的下方，必要时可以使用磁性元件（如磁珠）连接，如图811所示。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。图8-11 数模混合电路接地要注意的是，在数模混合电路设计中不能让模拟地和数字地交叠，任何信号线都不能跨越地间隙或是分割电源之间的间隙（如图812所示）。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。图8-12 信号跨越地层间隙另外，也有一种统一地的处理方法，也就是不进行地分割，但规定各自的范围，保证数字和模拟走线及回流不会经过对方的区域。这种策略一般实用于数模器件比例相当，并存在多个数模转换器件的情况，有利于降低地平面的阻抗，参考地线设计如图813所示：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。图8-13 统一地的设计在接地设计中还有个要点就是保证所有地平面等电位，要求同类地之间需要多个过孔紧密相连，而不同地（如模拟和数字地）之间的连接线也要尽量短一些。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。8.1.5 接地电阻 接地电阻越小越好，一般要求接地电阻小于4；对于移动设备，接地电阻可小于10。 接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种： 降低接地线电阻，为此要选用总截面大和长度短的多股细导线。 降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓、接地极紧密又牢靠地连接并要增加接地极和土壤之间的接触面积与紧密度。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的导电率（如在土壤中注入盐水）。 垂直接地极接地电阻R为： R=0.366(/L)lg(4L/d) （84）式中：土壤电阻率,m； L接地极在地中的深度,m； d接地极的直径,m。例如，黄土取200m，L为2cm，d为0.05m，则垂直接地极接地电阻R为80.67。如在土壤中注入盐水，使降为20m时，则接地极接地电阻R为8.067。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。8.1.6 地线的设计地线上较常见的干扰就是地环路电流导致的地环路干扰。地线上的噪音主要对数字电路的地电平造成影响，而数字电路输出低电平时，对地线的噪声更为敏感。地线上的干扰不仅可能引起电路的误动作，还会造成传导和辐射发射。因此，减小这些干扰的重点就在于尽可能地减小地线的阻抗（对于数字电路，减小地线电感尤为重要）。印制线的电感与其长度和长度的对数成正比，与其宽度的对数成反比。因此，缩短导线的长度能有效地减小电感，而增加印制线的宽度对减小电感的作用则很有限。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。地线的设计要注意以下几点： 正确选择单点接地与多点接地接地线应尽量加粗,地线宽度应是信号、控制线的13倍。如印制板条件允许,接地线应在23 mm以上，元件引脚上的接地线直径应该在1. 5 mm左右。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。接地线构成闭环路当只有数字电路组成的PCB时,其接地电路布线成团环路,大多能提高抗噪声能力。其原因在于: PCB 上有很多集成电路元件,尤其遇到能耗高的元件时,因受接地线粗细的限制,会产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。CMOS运放电路的输入阻抗很高,且易受感应,在使用时对不用端要接地或接正电源。在多层板中，专门设置一层地线面。根据不同的电源电压，数字电路和模拟电路分别设置地线。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而粗,高频元件周围尽量用栅格状大面积接地。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。对于数字电路，在双面板中设置地线网格，即在双面板的两面分别布置尽量多的平行地线，上下两层的平行线互相垂直。然后在交叉的地方用镀通孔连接。地线网格能有效减小信号电流的环路面积，有利于降低辐射。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。模拟电路比较敏感，为了防止串扰，应采用单点接地。同时具有模拟和数字功能的电路板，模拟地和数字地的电源铜箔通常是分离的；两种铜箔只在电源处连接。但是这种分离方式就存在一个问题：信号线必须穿越铜皮边界线。这些边界线迫使信号回流到器件前首先到达电源。解决的方法是在信号穿越的地线铜箔处放置跳线。这些跳线在分离的铜箔中为信号回路提供桥梁，有助于缩小电流环路。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。8.2 电磁兼容中的屏蔽技术8.2.1 概述屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减少电磁能传输的一种重要的防护手段。屏蔽技术用来抑制电磁噪声沿着空间的传播，即切断辐射电磁噪声的传播途径，通常用金属材料或磁性材料把所需屏蔽的区域包围起来，使屏蔽体内外的“场”相互隔离。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。屏蔽作为电磁兼容控制的重要手段，可以有效的抑制电磁干扰。电磁干扰能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求，对传导性耦合需采用滤波技术，即采用EMI滤波器件加以抑制；对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。目前的各种电子设备，尤其是军用电子设备，通常都采用屏蔽技术解决电磁兼容中的问题。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。8.2.2 屏蔽的分类屏蔽按其机理可分为电场屏蔽，磁场屏蔽和电磁屏蔽。1. 电场屏蔽电场的屏蔽是为了抑制寄生电容耦合( 电场耦合) ,隔离静电或电场干扰。寄生电容耦合: 由于产品内的各种元件和导线都具有一定电位, 高电位导线相对的低电位导线有电场存在, 也即两导线之间形成了寄生电容耦合。通常把造成影响的高电位叫感应源, 而被影响的低电位叫受感器。实际上凡是能幅射电磁能量并影响其它电路工作的都称为感应源( 或干扰源) , 而受到外界电磁干扰的电路都称为受感器。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。静电防护的方法: 建立完善的屏蔽结构, 带有接地的金属屏蔽壳体可将放电电流释放到地; 内部电路如果要与金属外壳相连时, 要用单点接地, 防止放电电流流过内部电路; 在电缆入口处增加保护器件; 在印制板入口处增加保护环(环与接地端相连)。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。2. 磁场屏蔽磁场屏蔽是抑制噪声源和敏感设备之间由于磁场耦合所产生的干扰。 磁场屏蔽主要是依赖高导磁材料所具有的低磁阻对磁通起到分路的作用，使得屏蔽体内部的磁场大大减弱。如图814所示詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。图8-14 磁场屏蔽射频磁屏蔽是利用良导体在入射高频磁场作用下产生涡流,并由涡流的反磁通抑制入射磁场。常用屏蔽材料有铝、铜及铜镀银等。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。3. 电磁屏蔽电磁屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一, 大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。用电磁屏蔽的方法来解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作, 因此不需对电路做任何修改。胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。电磁屏蔽的机理就是电磁感应现象。电磁屏蔽较适用于高频。低频时感应电流小，屏蔽效果差，应保证屏蔽壳体各部分具有良好的电气连续，使感应电流能在壳体中流畅，以便产生足够大的感应电磁场来抵消外界电磁场，否则将影响屏蔽效果。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。电磁屏蔽是利用屏蔽体对干扰电磁波的吸收、反射来达到减弱干扰能量的作用。它采用低电阻的导体材料，并利用电磁波在屏蔽导体表面产生反射以及在导体内部产生吸收和多次反射而起到屏蔽作用，其目的是为了有效地阻止电磁波从一例空间向另一例空间传扬。如图8-15所示，对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。图8-15 电场屏蔽的原理（1）屏蔽效能屏蔽体的有效性用屏蔽效能来度量。屏蔽效能是没有屏蔽时空间某个位置的场强与有屏蔽时该位置的场强的比值，它表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。 SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB （85）沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。如果屏蔽效能计算中使用的磁场，则称为磁场屏蔽效能，如果计算中用的是电场，则称为电场屏蔽效能。（2）波阻抗在电磁兼容分析中，经常用到波阻抗这个物理量。电磁波中的电场分量与磁场分量的比值称为波阻抗，定义如下：ZW = E / H根据观测点到辐射源的距离不同，可划分出近场区和远场区两个区域，当距离小于l/2p时，称为近场区，大于l/2p时称为远场区。近场区和远场区的分界面随频率的不同而不同，不是一个定数，这在分析问题时要注意。例如，在考虑机箱的屏蔽时，机箱相对与线路板上的高速时钟信号而言，可能处于远场区，而对于开关电源较低的工作频率而言，可能处于近场区。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。近场区中，波阻抗的值取决于辐射源的性质、观测点到源的距离、介质特性等。若辐射源为大电流、低电压（辐射源电路的阻抗较低），则产生的电磁波的波阻抗小于377，称为低阻抗波，或磁场波。若辐射源为高电压，小电流（辐射源电路的阻抗较高），则波阻抗大于377，称为高阻抗波，或电场波。在远场区，波阻抗仅与电场波传播介质有关，其数值等于介质的特性阻抗，空气为377W。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。在近场区内，特定电场波的波阻抗随距离而变化。如果是电场波，随着距离的增加，波阻抗降低，如果是磁场波，随着距离的增加，波阻抗升高。在远场区，波阻抗保持不变。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。8.2.3 电磁屏蔽的设计屏蔽设计之前总体指标的分配至关重要,有30dB 与70dB 准则之说:一般而言,在同一环境中的一对设备，骚扰电平与抗扰度之差小于30dB，设计阶段可不必专门进行屏蔽设计;若两者之差超过70dB，单靠屏蔽已难保证两者兼容，即使能达到指标,设备成本将急剧增加。较为可行的办法是总体指标或方案做出适当调整;在3060dB 之间,则是屏蔽设计的常用期望值。屏蔽要求高于上述期望值时，最常用的措施是整体屏蔽之后内部再加第二重屏蔽。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能，则需首先确定辐射源，明确频率范围，再根据各个频段的典型泄漏结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽材料，设计屏蔽壳体。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。1. 屏蔽技术常用的屏蔽技术:多层屏蔽、薄膜屏蔽。（1）单层与多层屏蔽分析为了得到更好的屏蔽效果可以采用多层屏蔽,它对电场和磁场两者都有较好的防护,特别适合于以反射损耗为主的屏蔽体。隔开的材料可形成多次反射,比同样厚度的金属板能产生更好的屏蔽效果。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。多层屏蔽的原则是:各屏蔽层之间不能连接在一起,其间应该隔离空气或者填充其他介质,否则达不到应有的屏蔽效果,各层屏蔽体的材料也不应该相同。除了要考虑导磁率外,还要考虑饱和电平。屏蔽室测得铝板, 大小为1 200 mm 1 200mm,其单层和多层的电场屏蔽效果见表8.1。当屏蔽体需要有良好的透气性和通风性时,可采用丝网屏蔽,测试丝网大小为600 m 600 m,屏蔽室测得其电磁场屏蔽效果见表8.2。由表8.1可知,对比铝板的单层屏蔽和多层屏蔽效果,从中频到高频对于铝板而言更适用于单层屏蔽。由表8.2可知,就单层屏蔽而言,金属丝网在中频和高频屏蔽效果比较明显,对于多层屏蔽金属丝网更适用于中频的多层屏蔽,且有很好的屏蔽效果。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。表8.1屏蔽室测得铝板的电磁场屏效 表8.2屏蔽室测得金属丝网的电磁场屏效（2）薄膜屏蔽薄膜屏蔽通常用喷涂、真空沉积以及粘贴等技术在设备上包覆一层导电薄膜,它的屏蔽效能主要是由反射损耗和多次反射修正因子（下文中介绍）确定。在不便构造屏蔽体的情况下,既可采用金属箔粘贴方式进行屏蔽又可以采用喷涂方式在基体上覆盖一层薄金属涂层以起吸波、屏蔽作用同时也可防止射频辐射。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。2. 屏蔽材料电磁波在穿过屏蔽体时发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分为两部分：反射损耗和吸收损耗。用于电场屏蔽的屏蔽效能可由下式表示:灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。SE=R+A+B （8.6）当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，因此要发生两次反射。因此，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗（如图8-16的R1,R2）的总和。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。对于电场波而言：第一个界面的反射损耗较大，第二个界面的反射损耗较小。对于磁场波而言，情况正好相反，第一个界面的反射损耗较小，第二个界面的反射损耗较大。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。入射波场强距离吸收损耗AR1R2SER1R2ABBR1R2图8-16 实际屏蔽效能的计算3. 屏蔽结构屏蔽体的屏蔽效能不仅取决于构成屏蔽体的材料，而且取决于屏蔽体的结构。电屏蔽体的形状最好设计为盒形或是全封闭的, 然而现实中一个完全封闭的屏蔽体是没有任何价值的，机箱或壳体上常开有很多显示窗、通风口、不同部分结合的缝隙等（如图817所示）。可以根据需要可适当地进行结构设计,来进一步减小分布电容。趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。图8-17 缝隙孔洞电场屏蔽的屏蔽体必须接地,最好直接接地,孔洞泄漏越小屏蔽效果越好,主要结构有单层门盖结构和双层门盖结构。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。磁场屏蔽是利用高导磁材料构成低磁阻通路,使屏蔽体对磁通进行分流,主要选择铁或其他高导磁率材料防止磁饱和。被屏蔽物与屏蔽体内壁应留有一定间隙,防止磁短路现象发生;可增加屏蔽体厚度,为了防止电场感应,一般还要接地。如果屏蔽体不完整,涡流的效果降低,即屏蔽的效果大打折扣,可采用盒状、筒状、柱状的结构。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。电磁场屏蔽是利用屏蔽体对电磁波的吸收、反射来阻止电磁能量在空间传播,达到减弱干扰能量的效果。因此,电磁屏蔽可采用板状、盒状、筒状、柱状的屏蔽体。偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。由于这些导致电不连续的因素存在，屏蔽体的屏蔽效能往往很低，甚至没有屏蔽效能; 因此对屏蔽体缝隙、孔洞的研究也是十分必要的。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。8.2.4 印制电路板中的屏蔽印制板使元器件安装紧凑、连线密集,这一特点无疑是印制板的优点。然而,印制板分布参数造成的干扰、元器件相互之间的磁场干扰等,如同其他干扰一样,在排板设计中必须引起重视。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。（1）避免印制导线之间的寄生藕合。两条相距很近的平行导线,当信号从一条线中通过时,另一条线内也会产生感应信号。感应信号的大小与原始信号的频率及功率有关,感应信号便是分布参数产生的干扰源。为了抑制这种干扰,排板前要分析原理图,区别强弱信号线使弱信号线尽量短,并避免与其他信号线平行靠近。不同回路的信号线,要尽量避免相互平行布设,双面板两面的印制导线走向要相互垂直,尽量避免平行布设。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。（2）印制导线屏蔽。有时,某种信号线密集地平行,且无法摆脱较强信号的干扰。在这种情况下可以采用如图8-18所示的印制导线屏蔽的方法,将弱信号屏蔽起来,其效果与屏蔽电缆相似,使之所受的干扰得到抑制。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。图8-18 印制导线的屏蔽（3）减小磁性元件对印制导线的干扰。要排除这类干扰,一般应该注意分析磁性元件的磁场方向,减少印制导线对磁力线的切割。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。8.2.5 屏蔽的设计原则（1）设计之前必须确定电磁环境,包括电磁场的类型,场的强度、频率以及屏蔽体至源的距离等。（2）当需要综合考虑低频磁场和高频磁场的屏蔽时,可以在屏蔽体上再镀上一层其他材料,如银或铜。为了有效地进行磁屏蔽,必须使用如坡莫合金之类对低磁通密度有高导磁系数的材料。同时要有一定的厚度,对有一端进去从另一端出来的磁通,其磁阻必须要小。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。（3）为了获得更好的屏蔽效能可采用双层屏蔽或多层屏蔽。需要注意的是:应使屏蔽体的接缝与孔洞的长边平行于磁场分布的方向,圆孔的排列方向要使磁路增加量最小,目的是尽可能不要阻断磁通的通过,屏蔽体加工成型后要进行退火处理。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。（4）多块材料组成屏蔽体时,为了保持磁连续性可采用机械法和焊接法 。在转角处或过渡处,为了获得较好的屏蔽效能可采用焊接的方法。保持接触面的连续性可使磁力线沿低磁阻通道连续,因而可提高屏蔽效能。对交变电场和磁场而言,保持磁连续性可取得较大的感应电流屏蔽。对直流电场和磁场而言,连续性可保证磁力线的完好分流。该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。8.3电磁兼容中的滤波技术8.3.1 概述许多设备单台做电磁兼容实验时都没有问题，但当两台设备连接起来以后，就不满足电磁兼容的要求了，这就是电缆起了接收和辐射天线的作用。唯一的措施就是加滤波器，切断电磁干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完美的电磁干扰防护，无论是抑制干扰源、消除耦合或提高接收电路的抗能力。都可以采用滤波技术，如图8-19所示。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。信号滤波器电源滤波器图8-19 滤波器的使用8.3.2 滤波器简介1.线上干扰的类型线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类：一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流。差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰。共模干扰电流是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流，共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。由于这两种干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。2滤波器的分类滤波器是由电阻、电容、电感、铁氧体磁珠和共模线圈等器件构成的频率选择性网络。根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等种类。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。（1）低通滤波器低通滤波器是电磁兼容抑制技术中普遍应用的滤波器。低通滤波器主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。如在数字设备中，脉冲信号有丰富的高次谐波，这些高次谐波并不是电路工作所必需的，但它们却是很强的干扰源。因此在数字电路中，常用低通滤波器将脉冲信号中不必要的高次谐波滤除掉，而仅保留能够维持电路正常工作最低频率。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，按照电路结构分，有单电容型（C型），单电感型，L型和反型，T型，型（如图8-20所示）。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。图8-20 低通滤波器的分类在实际工程中，如何确定使用这些滤波电路中的哪一个，电容、电感的参数怎样确定。下面的说明解决了这些问题。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。滤波器件的数量越多，滤波器对干扰的衰减量越大，因此需要对干扰抑制量较大时，使用器件较多的电路。但是滤波器所需用的元件越多，这将带来生产工作和造价的增加。所以，对于实际设计，应根据具体情况进行全面的考虑。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。滤波器中的电容应该与高阻抗的电路对接，电感应该与低阻抗的电路对接，所谓电路的阻抗高低，可以以50欧姆为参考值。需要注意的是，电路的阻抗在不同的频率上是不同的，并且还随着电路的工作状态变化。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。电容或电感的