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PCB电磁兼容性设计报告

学科专业: 测控技术与仪器
本 科 生: 张亚新
学 号: 1002445
班 号: 232121
指导教师: 宋恒力

中国地质大学( 武汉) 自动化学院
10月24号

综述:
PCB电磁兼容性设计

摘要: 随着信息化社会的发展, 电子设备已被广泛应用于各个领域。各种电了产品趋向于小型化、 智能化, 电子元器件也趋向于体积更小、 速度更高、 集成度更大, 这也导致了她们在其周围空间产生的电磁场点评的不断增加。由此带来的电磁兼容问题也日益严重。因此, 电磁兼容问题也就成为一个电工系统能否正常工作的关键。同样, 随着电子技术的飞速发展, 印刷电路板( PCB) 的密度越来越高, 其设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。因此, 对PCB进行电磁兼容性(EMC)设计是非常重要的, 保证PCB的电磁兼容性是整个系统设计的关键。本文就EMC的历史发展及其在未来电子信息时代中的应用进行分析, 介绍电磁干扰的产生机理和原因, 并提出了相应抗干扰设计的措施。
关键词: 信息化; 电磁兼容( EMC) ; 电磁兼容性; PCB;

目录
一: 引言 2
二: 电磁干扰与电磁兼容概述 4
1、 早期历史概述 5
2、 EMC 技术是随着干扰问题的日趋严重而发展的 6
3、 电磁干扰对电子计算机等系统设施的危害 6
4、 EMC在军事领域的发展状况 7
三: 电磁兼容学科的发展历史 5
四: 中国EMC技术的发展状况 8
五: 抗干扰措施与电磁兼容性研究 8
1、 电路板设计的一般规则 9
2、 电路板及电路抗干扰措施 9
六: 电磁兼容学科发展趋势 10
七: 小结 12
参考文献 13

一、 引言
电磁干扰是现代电路工业面正确一个主要问题, 为了克服干扰, 电路设计者不得不赶走干扰源, 或者是设法保护电路不受到干扰源的干扰, 其目的都是为了让电路按照预期的目标开工作——即到达电磁兼容性。
当前各类电子设备和系统中的器件仍以印制线路板PCB为主要装配方式, 随着表贴元器件(SMD)制造水平的不断提高及表面贴装技术(SMT)的广泛应用, PCB的设计也向着高密度, 细导线, 小间距, 多层次的方向发展, PCB的设计必须充分考虑电磁兼容性。对于PCB的EMC设计内容主要有PCB的总体设计、 电源和地线布置、 去藕设计和布线设计等。
引起电磁干扰的原因是多方面的, 主要可归结为过高的工作频率或不合理的布局布线。在高频化趋势不可避免的情况下,一个好的PCB设计, 应着重从元器件布局、 时钟电路设计、 电源设计、 接地设计、 静电防护设计等方面进行综合考虑。

二、 电磁干扰与电磁兼容概述
电磁兼容性(electromagnetic compatibility) 缩写ＥＭＣ就是指某电子设备既不干扰其它设备, 同时也不受其它设备的影响。电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样, 是产品质量最重要的指标之一。安全性涉及人身和财产, 而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。在我们的日常生活中经常会遇到这样一些情况, 在我们正常收听广播或收看电视节目的时候如果户外有汽车驶过, 很容易造成收听或收看质量下降, 还有当我们在家玩电子游戏机时, 常常造成邻居家电视机的某些频道无法正常收看; 同样邻居家在玩游戏机时也会影响自家电视机的接收效果。这样的例子足以说明, 在我们日常生活的空间确实存在着另外一种环境污染——电磁污染。能够这样说, 凡有电、 有开关的设备均会产生电磁干扰。
各种运行的电力设备之间以电磁传导、 电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响, 在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、 影响和危害。
20世纪80年代兴起的电磁兼容EMC学科以研究和解决这一问题为宗旨, 主要是研究和解决干扰的产生、 传播、 接收、 抑制机理及其相应的测量和计量技术, 并在此基础上根据技术经济最合理的原则, 对产生的干扰水平、 抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定, 使处于同一电磁环境的设备都是兼容的, 同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。
进行电磁兼容( 包括电磁干扰和电磁耐受性) 的检测与试验的机构有苏州电器科学研究院、 航天环境可靠性试验中心、 环境可靠性与电磁兼容试验中心等实验室。
内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰, 包括以下几种:
( 1) 工作电源经过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干扰; (与工作频率有关)
( 2) 信号经过地线、 电源和传输导线的阻抗互相耦合, 或导线之间的互感造成的干扰;
( 3) 设备或系统内部某些元件发热, 影响元件本身或其它元件的稳定性造成的干扰;
( 4) 大功率和高电压部件产生的磁场、 电场经过耦合影响其它部件造成的干扰。
外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、 设备或系统的干扰, 包括以下几种:
( 1) 外部的高电压、 电源经过绝缘漏电而干扰电子线路、 设备或系统;
( 2) 外部大功率的设备在空间产生很强的磁场, 经过互感耦合干扰电子线路、 设备或系统;
( 3) 空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;
( 4) 工作环境温度不稳定, 引起电子线路、 设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;
( 5) 由工业电网供电的设备和由电网电压经过电源变压器所产生的干扰。
电磁干扰源
耦合路径
接收器
控制发射
( 减少噪声源级别, 降低电磁辐射)
控制易受干扰性
( 降低电磁辐射, 增加接收器抗干扰的能力)

图1 电磁干扰模型的组成
三、 电磁兼容学科发展历史
1、 早期历史概述:
最早出现的电磁干扰现象是在19世纪--单线电报间的串扰。1881年, 英国著名科学家希维赛德发表了”论干扰”的文章可算是最重要的早期文献。但这类干扰现象在当时并未引起干扰者和被干扰者的重视。
1833年法拉弟发现电磁感应定律, 指出变化的磁场在导线中产生感应电动势。1864年麦克斯韦引入位移电流的概念指出变化的电场将激发磁场, 并由此预言电磁波的存在, 这种电磁场的相互激发并在空间传播。正是电磁干扰存在的理论基础。
随着电气运输的出现, 在一根通信线与不对称的强电线之间有较长的平行运行, 干扰问题日益严重。这样在1887年, 柏林电气协会成立”全部干扰问题委员会”成员有赫姆霍尔兹和西门子等。
1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在。同时该实验也证明各种打火系统向空间发出电磁干扰。从此开始了对干扰的实验研究。
1889年, 英国邮电部门研究了通信干扰问题; 美国”电世界”杂志登载电磁感应方面文章。
20世纪初, 许多学者对电磁感应影响的研究日益深入。并进一步研究感性、 容性及阻性等耦合方式引起的干扰, 还对辐射性干扰进行了大量研究。
早期的专门刊物——美国的”Radio Frequency Interference”是有关射频干扰的专门刊物。到1964年, 随着专刊内容范围的增加, 改名为EMC专刊。
美国从1945年开始, 颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范, 并不断加以充实和完善, 使得电磁兼容技术得到快速发展。苏联在1948年制订了”工业无线电干扰的极限允许值标准”。有很多研究单位从事抗干扰的研究。其它国家也已相继加强了射频干扰的研究工作。
早在一九三四年国际电工委员会就成立了无线电干扰特别委员会简称CISPR, 专门研究无线电干扰问题, 制定有关标准, 旨在保护广播接收效果。当初只有少数国家参加该委员会, 如比利时、 法国、 荷兰和英国等。经过多年的发展人们对电磁兼容的认识发生了深刻的变化, 1989年欧洲共同体委员会颁发了89/336/EEC指令, 明确规定, 自1996年1月1日起, 所有电子、 电器产品须经过EMC性能的认证, 否则将禁止其在欧共体市埸销售。此举在世界范围内引起较大反响, EMC已成为影响国际贸易的一项重要指标。随着技术的发展CISPR工作范围也由当初保护广播接收业务扩展到涉及保护无线电接收的所有业务。国际电工委员会IEC有两个专们从事电磁兼容标准化工作的技术委员会: 一个就是CISPR成立于1934年; 另一个是电磁兼容委员会TC77, 成立于1981年。CISPR最初关心的主要是广播接收频段的无线电骚扰问题, 之后在EMC标准化工作方面进行了不懈的努力, CISPR共有七个分技术委员会其中A分会涉及无线电骚扰和抗扰度测量设备及测量方法; B分会涉及工业、 科学、 医疗射频设备的EMC; C分会涉及架空电力线路和高压设备的EMC; D分会涉及车辆、 机动船和火花点火发动机驱动装置的EMC; E分会涉及收音机和电视接收机及有关设备的EMC; F分会涉及家用电器、 电动工具及荧光灯和照明装置的EMC; G分会涉及信息技术设备的EMC问题。CISPR已基本上将一般的工业和民用产品的EMC考虑在其标准中。CISPR还起草了通用射频骚扰限额值国际标准草案, 这样, 对那些新开发的以及暂时还不能与现有CISPR产品标准相对应的产品, 能够用射频骚扰限额值来加以限制。几年前CISPR将其工作频率范围扩展为DC-400GHz, 当前实际工作范围为9KHz—18GHz, 以前的CISPR标准主要涉及无线电干扰限额值及其测量方法, 近年来在抗扰度方面加强了研究, 并已制定了一些标准。TC77最初主要关心低压电网系统的EMC间题( 9KHz以下频段) , 后来将其工作范围扩大到整个EMC所涉及的频率范围及产品。当前CISPR已制定有CISPR22( 1997) 《信息技术设备的无线电骚扰特性的测量方法及限值》等14个标准; TC77也已制定了25个IEC标准, 其中IEC61000-4系列标准是当前国际上比较完整和系统的抗扰度基础标准。
2、 EMC 技术是随着干扰问题的日趋严重而发展的
电气、 电子技术的的发展及广泛应用, 其设备和系统数量的急剧增多, 造成了复杂的电磁环境。例如: 1975年, 日内瓦国际频率登记委员会所登记的无线电发射机有一百多万台, 有一万多台无线发射机其总功率超过540MW, 在更高频率上, 其情况更复杂。1976年单在美国就有二百多万台移动式无线电发射机和基地台在工作, 而军用无线电发射机可能更多。1988年, 世界范围内的工业、 科学和医疗( ISM) 设备的数量已达到一亿二千万台, 并已5%的速度逐年递增, 这些设备有相当数量工作在国际电信联盟( IUT) 指定的频率之外, 或超过国际无线电干扰特别委员会( CISPR) 对ISM设备所规定的辐射干扰极限值的要求。其功率泄漏及高次谐波将造成强烈的干扰。
60年代以来, 现代科技向高频、 高速、 高灵敏度、 高安装密度、 高集成度、 高可靠性方向发展, 其应用范围越来越广, 渗透到社会的每一角落。大规模集成电路的出现将人类带入信息时代, 信息高速公路和高速计算机技术成为人类社会生产和生活的主导技术。快速发展带来的负面影响之一就是电磁干扰问题的日趋严重, 也就极大地促进了EMC技术的发展。
电磁背景功率的增加会导致需要增加无线电发射机的功率。例如: 60年前, 工业活动还很少时, 1台120kw 长波发射机的功率场就能覆盖 30 万平方公里。而现在, 要想达到同样的效果, 其功率就要增大17倍( 达到2MW) 。电磁波发射功率竞相增大和社会”电子化”、 工业化增长的共同作用, 最终会导致现有利用电信号作为代码的接收、 传输和处理信息的系统的危机与崩溃, 这将带来难以想象的、 也是史无前例的灾难。
为了避免出现这种结果, 就必须采取控制措施, 不能让这种发展趋势不加限制地继续下去, 要求从组织上、 技术上采取相应措施。因此电磁兼容的研究和管理受到各国的重视, 近年来获得较快的发展。
进入八十年代, 电磁兼容已成为十分活跃的学科领域, 许多国家( 美、 德、 英、 法、 日等国) 在电磁兼容标准与规范, 分析预测、 设计、 测量及管理等方面均达到很高水平, 有高精度的电磁干扰( EMI) 和电磁敏感度( EMS) 自动测量系统, 可进行各种系统间的EMC试验, 研制出系统内和系统间的各种EMC计算机分析程序。在电磁干扰抑制技术方面, 理论和实际处理方法已很完善, 研制出许多专用的新材料、 新的器件, 并形成了一类新的EMC产业。特别是一些国家还建立了对军品和民品EMC检验及管理的专门机构, 不符合EMC标准要求的产品不能装备或不能进入市场, 这样还达到了在国际贸易中建立技术壁垒的目的。
3、 电磁干扰对电子计算机等系统设施的危害
计算机外界电磁干扰主要来源于射频、 工频电源、 静电及雷电脉冲等四类。实验证明, 在距微机 6m 处开关电流为10A 的交流感性负载, 其接触器触头电弧产生的干扰足以使计算机产生误动作。工频电源电压的大幅度波动或电流冲击有可能经过电源线进入计算机系统, 使计算机出现运行错误或故障, 甚至破坏计算机的某些部件。某些电器设备产生的尖峰干扰脉冲、 工业火花等也可经过供电线路进入计算机。雷电脉冲经过电网供电电源进入计算机造成干扰, 能够使计算机或部件损坏。由于20世纪80年代以来的电子设备发生了根本变化, 集成电路取代了晶体管, 这就使电子设备的抗损毁能力大大下降, 仅为晶体管设备的千分之一, 为电子管设备的百万分之一。能够说, 微电子技术水平越高, 电子设备的抗损毁能力就越差。
4、 EMC 技术在军事领域的发展现状
战争本身是刺激技术的发展的重要因素, 先进的技术首先会应用于国防和军事。这样 各国军工行业的 EMC 技术领先于其它行业。
从军用电子设备角度看, 在战争模式发展到电子战的今天, 电子对抗、 制电磁权的争夺使得强化电子设备的电磁兼容性是确保在战争环境中人员、 武器装备、 信息情报的安全、 获得战争胜利的关键环节。
现代军用装备中大量电子设备密集狭小的空间相互间的电磁干扰非常严重, 造成失灵、 瘫痪、 事故、 甚至由于不能同时兼容工作遭受攻击的情况屡见不鲜。
美国在电磁兼容方面已搞了五十年, 在电磁兼容各个方面都处于领先位置。发射电磁干扰已作为特殊进攻方式应用于战场。当前美国已拥有电磁干扰飞机和电磁炸弹等。
特别值得提出的是, 美国科研部门为保护通信网和某些军事装备不受强电磁( 包括高空核磁爆) 影响, 正在全力研究新的抗电磁干扰技术。为此, 仅在1982年开始时, 美国国防部就投入了200亿美元, 用以专门对付”电磁脉冲( EMP) 的科学研究与设施开发。
四、 中国 EMC 技术的发展状况
中国的EMC测试及标准化工作始于六十年代, 当时国内的一些院所建立了相对简陋的试验室, 开展无线电干扰( 骚扰) 测试研究, 同时参考前苏联和欧美国家标准制定我们国家自已的EMC标准和技术条件, 自从1986年成立了全国无线电干扰标准化委员会后, 中国才开始有组织有系统地对应CISPR/IEC开展国内EMC标准化工作。当前全国无线电干扰标准化委员会已成立了八个分技术委员会, 其中七个分会与CISPR/A.B.C…F.G分会相对应, S分会是根据中国国情而成立的, 它主要涉及无线电系统与非无线电系统之间的电磁兼容问题。当前中国已制定了六十多项EMC国家标准, 其中基础标准为GB4365-1995电磁兼容术语; GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范。
近年来国家有关部门对电磁兼容十分重视, 电磁兼容学术组织纷纷成立, 在许多单位建立或改造了EMC实验室, 引进较先进的EMI、 EMS自动测量系统和设备, 在各地区及一些军工系统建立了国家级EMC测量中心, 已具备各种EMC测量和试验的能力。
五、 抗干扰措施与电磁兼容性研究
印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件, 它提供电路元件和器件之间的电气连接, 是当前电子器材用于各类电子设备和系统的主要装配方式。鉴于PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大, 因此, PCB的设计除必须遵守一般原则之外, 还应符合抗干扰设计与电磁兼容性的要求。
一． 电路板设计的一般原则
1．布局
首先应考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大, 印制线条长, 阻抗增加, 抗噪声能力下降, 成本也增加; 过小, 则散热不好, 且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后, 再确定元件的位置, 一般来说, 应把模拟信号、 高速数字电路、 噪声源(如继电器、 大电流开关等)这三部分合理分开, 使相互间的信号耦合为最小。最后, 根据电路的功能单元, 对电路的全部元器件进行布局。在确定元件的位置时要遵守以下原则:
按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置, 便于信号流通, 并使信号尽可能保持一致的方向。
以每个功能电路的核心元件为中心进行布局。元器件应均匀、 整齐紧凑地排列, 尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
在高频下工作的电路, 要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尺可能使元器件平行排列, 以利于装焊及批量生产且美观。位于电路板边缘的元器件, 离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形, 长宽比为3: 2或4: 3, 其尺寸大于200x150mm时, 应考虑电路板所受的机械强度。
尽可能缩短高频元器件之间的连线, 设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近, 输入和输出元件应尽量远离。
某些元器件或导线之间可能有较高的电位差, 应加大它们之间的距离, 以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。
重量超过15g的元器件应当用支架加以固定, 然后焊接。那些又大又重、 发热量多的元器件, 不宜装在印制板上, 而应装在整机的机箱底板上, 且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。
对于电位器、 可调电感线圈、 可变电容器、 微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节, 应放在印制板上便于调节的地方; 若是机外调节, 其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
应留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。
2、 布线
布线的原则如下:
输入、 输出端用的导线应尽量避免相邻平行, 最好加线间地线, 以免发生反馈耦合。 导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定, 当铜箔厚度为0.05mm、 宽度为1～15mm时, 经过2A的电流, 温度不会高于3℃ 。因此, 导线宽度为1.5mm便可满足要求。对于集成电路特别是数字电路, 一般选宽度为0.02～0.3mm的导线, 当然, 只要允许, 还是尽可能用宽线, 特别是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路特别是数字电路, 只要工艺允许, 可使间距小至5～8mm。
印制导线拐弯处一般取圆弧形, 而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。另外, 尽量避免使用大面积铜箔, 否则, 长时间受热时, 易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时, 最好用栅格状, 这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。
二 电路板及电路抗干扰措施
印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系, 以下从四个方面讨论PCB抗干扰设计的措施。
1、 电源线设计
根据印制线路板电流的大小, 尽量加粗电源线宽度, 减少环路电阻。同时使电源线、 地线的走向和数据传递的方向一致, 这样有助于增强抗噪声能力。
2、 地线设计
印刷电路板上, 电源线和地线最重要。克服电磁干扰, 最主要的手段就是接地。对于双面板, 地线布置特别讲究, 经过采用单点接地法, 电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的, 电源一个接点, 地一个接点。印刷线路板上, 要有多个返回地线, 并都会聚到回电源的那个接点上, 就是所谓单点接地。所谓模拟地、 数字地、 大功率器件地开分, 是指布线分开, 而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线路板以外的信号相连时, 一般采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号, 屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆, 一端接地为好。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用, 可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、 机壳地(屏蔽地)、 数字地(逻辑地)和模拟地等。地线设计的原则是:
数字地与模拟地分开。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, 分别与电源端地线相连, 并尽可能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地箔。
接地线应尽量加粗。若接地线很细, 则接地电位随电流的变化而变化, 致使电子设备的定时信号电平不稳, 抗噪声性能变坏。因此应将接地线加粗, 使它能经过三倍于印制板上的允许电流。如有可能, 接地线宽度应在2～3mm 以上。
正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中, 信号的工作频率小于1MHz, 它的布线和器件间的电感影响较小, 而接地电路形成的环流对干扰影响较大, 因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时, 地线阻抗变得很大, 此时应尽量降低地线阻抗, 应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时, 如果采用一点接地, 其地线长度不应超过波长的1/20, 否则应采用多点接地法。
将接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时, 将接地线做成闭环路能够明显的提高抗噪声能力。其原因在于: 印制电路板上的很多集成电路元件, 特别遇到耗电多的元件时, 因受接地线粗细的限制, 会在地结上产生较大的电位差, 引起抗噪声能力下降, 若将接地构成环路, 则会缩小电位差值, 提高电子设备的抗噪声能力。
3、 合理设置退耦电容
性能好的高频去耦电容能够去除高到1GHZ的高频成份。瓷片电容或多层陶瓷电容的高频特性较好。去耦电容有两个作用: 一方面旁路除掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容为0.1uF, 有5nH分布电感, 它的并行共振频率大约在7MHz左右, 对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用, 对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1uF、 10uF电容, 并行共振频率在20MHz以上, 去除高频率噪声的效果要好一些。在电源进入印刷板的地方并一个1uF或10uF的去高频电容往往是有利的, 即使是用电池供电的系统也需要这种电容。每10片左右的集成电路要加一片充放电电容, 或称为蓄放电容, 电容大小可选10uF。最好不用电解电容, 电解电容是两层薄膜卷起来的, 这种卷起来的结构在高频时表现为电感, 最好使用胆电容或聚碳酸酯电容。去耦电容值的选取并不严格, 可按C=1/f计算, 即10MHz取0.1uF。对微控制器构成的系统, 取0.1～0.01uF之间都能够。退耦电容的一般配置原则是:
电源输入端跨接10～100uF的电解电容器。如有可能, 接100uF以上的更好。
原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01uF的瓷片电容, 如遇印制板空隙不够, 可每4～8个芯片都应布置一个1～10uF的钽电容。
对于抗噪声能力弱、 关断时电源变化大的器件, 如RAM、 ROM存储器件, 应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。
电容引线不能太长, 特别是高频旁路电容不能有引线。
4、 特殊器件的处理
在印制板中有接触器、 继电器、 按钮等元件时, 操作它们时均会产生较大火花放电, 必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2KΩ, C取2.2～47uF。
CMOS的输入阻抗很高, 易受感应, 因此在使用时对不用端要接地或接正电源。
选用外时钟频率低的微控制器能够有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。为减小信号传输中的畸变, 信号在印刷板上传输, 其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。
注意印刷线板与元器件的高频特性。在高频情况下, 印刷线路板上的引线、 过孔、 电阻、 电容、 接插件的分布电感与电容等不可忽略。电阻对高频信号产生的反射, 会对引线的分布电容起作用, 当引线长度大于噪声频率相应波长的1/20时, 就产生天线效应, 噪声经过引线向外发射。
六、 电磁兼容学科发展趋势
1、 现代工业的快速发展, 使辐射源的增长率达到每年５－８％, 特别是在城市, 人为的电磁辐射密度增长系数达到每年７－１４％。因此, 城市中电磁能量密度每５－１０年增加１倍。在今后 25 年内, 社会生产所引起的电磁干扰能量密度将增加３０倍, ５０年内可增加700--1000倍, 21世纪电磁环境恶化形势已成定局。因此, 如何使电子设备能正常工作将变得越来越困难, 并对释放的干扰控制得越来越严格。
2、 在军事方面, 美俄等国正在研制中的第三代核武器之一就是核电磁脉冲弹。一般的核武器有三大效应: 冲击波、 热辐射( 光辐射) 和放射性污染。实际上核武器还有第四效应——电磁脉冲( Electromagnetic Pulse 简称EMP) , 普通核武器以电磁脉冲形式释放的能量仅占核弹总释放量的3/1010--3/105, 而核电磁脉冲弹则可将此值提高到40%。核爆炸瞬间, 弹体释放出大量γ射线、 χ射线和高能中子。由于这些射线能量很大, 使周围空气分子电离, 产生大量带电粒子, 这些粒子的运动形成电流, 激励电磁场, 使爆心周围产生一个很强的瞬时电磁场, 它以波的形式以光速向外传播。电场强度可达50—100KV/m; 频谱很宽, 作用范围大, 能在电子设备的导体中感应出很大的瞬时电压和电流, 使电子设备、 电路和元器件受到不同程度的干扰和破坏。EMP可使敌方指挥、 控制、 通讯和情报、 监视、 侦察( Command、 Control、 Communication、 Computer ＆ Intelligence、 Surveillance、 Reconnaissance简写为C4ISR) 系统遭到毁灭性打击, 并导致系统瘫痪、 电力网断路、 金属管线及地下电缆通讯网等受到影响而陷入无电源、 无通讯、 无计算机的三无世界。它的后果是破坏电子设备而不伤害人( 这与中子弹的效果恰好相反) , 这就是把核武器常规化了。这个新的发展, 直接促成现在研究核电磁脉冲的热潮。
3、 电子信息系统的TEMPEST技术发展
信息系统的TEMPEST技术是电磁兼容领域发展起来的一个新的研究方向。其具体内容是针对信息设备的电磁干扰与信息泄漏问题, 从信息接收和防护两个方面展开一系列研究和开发工作, 包括信息接收, 破译水平、 防泄漏能力与技术、 相关规范标准及管理手段等。
由于计算机系统是各种信息处理设备中最为关键和重要的组成部分, 因而也使得利用信息设备的电磁泄漏来获取信息情报更为及时、 准确、 广泛、 连续, 而且安全、 可靠、 隐蔽。正是这样, TEMPEST 防护研究一般都是针对计算机系统及其外设配置而开展的, 也包括接收系统, 电传机、 数字电话等。
信息处理设备的电磁辐射有两方面影响:
a、 对电磁环境构成污染
b、 对信息安全与信息保密构成严重威胁
海湾战争中, 美国经过其间谍卫星的TEMPEST接收系统截获伊拉克及海湾地区的政治、 军事、 经济情报, 其相当多的部分就是利用对方电子设备自身泄漏的电磁波获取的。
分析表明, 数字电路组成的信息处理设备由于辐射频谱及谐波非常丰富, 因而很容易被窃收和解译, 其信息泄漏现象非常突出和严重。以计算机视频显示器为例, 其中各种印刷电路、 各部件之间的电源、 信号接口与连线、 数据线、 接地线等都能够产生程度不同的电磁辐射。在辐射频谱中, 所包含的信息也各不相同, 理论上这些信息都能够被接收和解译。
因此, 研究计算机的TEMPEST技术已和研究计算机病毒一样, 被认为是涉及计算机安全的重要方面, 受到国内外相关部门的密切关注。
4、 抗干扰问题——电磁兼容——环境电磁学, 从电气、 电子设备的抗干扰问题, 到同一电电磁环境中能执行各自功能的共存状态, 达到”兼容”, 随着科技的发展, 电磁兼容学科研究的范围不断扩大, 涉及的专业越来越多, 当前一些电磁兼容学者又进一步探讨电磁污染, 电磁环境对人类及生物的危害影响, 地球电磁, 地震电磁学, 太阳、 宇宙电磁等。学科范围已不但局限于设备与设备、 系统与系统之间的问题。因此一些学者也将电磁兼容这一学科发展称为 ”环境电磁学”。
日本文献做出的定义: ”预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境、 为协调环境所采取的控制方法、 各项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等”
七、 小结
经过五周的电磁兼容的学习, 以及宋恒力老师的讲解, 还有自己所查的资料, 了解到印刷电路板设计是一项实践性较强的工作, 它要求设计人员要根据布局、 布线等原则, 善于随具体情况灵活运用, 设计中善于采用新的设计手段、 吸取先进的设计经验、 利用成熟的安装工艺, 并根据电磁兼容性原理, 采取有效的技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性, 设计出高性能、 高可靠性的印制电路板。一般, 使用以上基本的抗干扰措施, 可基本解决常见形式的EMC问题。但要消除一些特殊的、 小概率的干扰以获得更高的电磁兼容性, 就要采用特殊的、 更复杂的硬件抗干扰电路。但过多地采用硬件抗干扰措施会明显提高产品的常规成本, 且硬件数量的增加, 还会产生新的干扰, 导致系统的可靠性下降。因此应根据设计条件和目标要求, 合理采用一些硬件抗干扰措施, 提高系统的抗干扰能力。

参考文献:
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