PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)報(bào)告

PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)科專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器本科生：張亞新學(xué)號(hào)：班號(hào)：232121指導(dǎo)教師：宋恒力中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）自動(dòng)化學(xué)院2023年10月24號(hào)綜述：PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)摘要：隨著信息化社會(huì)的發(fā)展，電子設(shè)備已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。各種電了產(chǎn)品趨向于小型化、智能化，電子元器件也趨向于體積更小、速度更高、集成度更大，這也導(dǎo)致了他們?cè)谄渲苓吙臻g產(chǎn)生的電磁場(chǎng)點(diǎn)評(píng)的不斷增長(zhǎng)。由此帶來的電磁兼容問題也日益嚴(yán)重。所以，電磁兼容問題也就成為一個(gè)電工系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。同樣，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，印刷電路板（PCB）的密度越來越高，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)電路的干擾及抗干擾能力影響很大。因此，對(duì)PCB進(jìn)行電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)是非常重要的，保證PCB的電磁兼容性是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文就EMC的歷史發(fā)展及其在未來電子信息時(shí)代中的應(yīng)用進(jìn)行分析，介紹電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理和因素，并提出了相應(yīng)抗干擾設(shè)計(jì)的措施。關(guān)鍵詞：信息化；電磁兼容（EMC）；電磁兼容性；PCB；目錄TOC\o"2-3"\h\z\u一：引言 2二：電磁干擾與電磁兼容概述 41、初期歷史概述 52、EMC技術(shù)是隨著干擾問題的日趨嚴(yán)重而發(fā)展的 63、電磁干擾對(duì)電子計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)設(shè)施的危害 64、EMC在軍事領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r 7三：電磁兼容學(xué)科的發(fā)展歷史 5四：我國(guó)EMC技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 8五：抗干擾措施與電磁兼容性研究 81、電路板設(shè)計(jì)的一般規(guī)則 92、電路板及電路抗干擾措施 9六：電磁兼容學(xué)科發(fā)展趨勢(shì) 10七：小結(jié) 12參考文獻(xiàn) 13一、引言電磁干擾是現(xiàn)代電路工業(yè)面對(duì)的一個(gè)重要問題，為了克服干擾，電路設(shè)計(jì)者不得不趕走干擾源，或者是設(shè)法保護(hù)電路不受到干擾源的干擾，其目的都是為了讓電路按照預(yù)期的目的開工作——即到達(dá)電磁兼容性。目前各類電子設(shè)備和系統(tǒng)中的器件仍以印制線路板PCB為重要裝配方式，隨著表貼元器件(SMD)制造水平的不斷提高及表面貼裝技術(shù)(SMT)的廣泛應(yīng)用，PCB的設(shè)計(jì)也向著高密度，細(xì)導(dǎo)線，小間距，多層次的方向發(fā)展，PCB的設(shè)計(jì)必須充足考慮電磁兼容性。對(duì)于PCB的EMC設(shè)計(jì)內(nèi)容重要有PCB的總體設(shè)計(jì)、電源和地線布置、去藕設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)等。引起電磁干擾的因素是多方面的，重要可歸結(jié)為過高的工作頻率或不合理的布局布線。在高頻化趨勢(shì)不可避免的情況下,一個(gè)好的PCB設(shè)計(jì)，應(yīng)著重從元器件布局、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、靜電防護(hù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行綜合考慮。二、電磁干擾與電磁兼容概述電磁兼容性(electromagneticcompatibility)縮寫ＥＭＣ就是指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備，同時(shí)也不受其它設(shè)備的影響。電磁兼容性和我們所熟悉的安全性同樣，是產(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。安全性涉及人身和財(cái)產(chǎn)，而電磁兼容性則涉及人身和環(huán)境保護(hù)。在我們的平常生活中經(jīng)常會(huì)碰到這樣一些情況，在我們正常收聽廣播或收看電視節(jié)目的時(shí)候假如戶外有汽車駛過，很容易導(dǎo)致收聽或收看質(zhì)量下降，尚有當(dāng)我們?cè)诩彝骐娮佑螒驒C(jī)時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致鄰居家電視機(jī)的某些頻道無(wú)法正常收看；同樣鄰居家在玩游戲機(jī)時(shí)也會(huì)影響自家電視機(jī)的接受效果。這樣的例子足以說明，在我們平常生活的空間的確存在著此外一種環(huán)境污染——電磁污染?？梢赃@樣說，凡有電、有開關(guān)的設(shè)備均會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。各種運(yùn)營(yíng)的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并互相影響，在一定的條件下會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)的設(shè)備和人員導(dǎo)致干擾、影響和危害。20世紀(jì)80年代興起的電磁兼容EMC學(xué)科以研究和解決這一問題為宗旨，重要是研究和解決干擾的產(chǎn)生、傳播、接受、克制機(jī)理及其相應(yīng)的測(cè)量和計(jì)量技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)最合理的原則，對(duì)產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和克制措施做出明確的規(guī)定，使處在同一電磁環(huán)境的設(shè)備都是兼容的，同時(shí)又不向該環(huán)境中的任何實(shí)體引入不能允許的電磁擾動(dòng)。進(jìn)行電磁兼容（涉及電磁干擾和電磁耐受性）的檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)的機(jī)構(gòu)有蘇州電器科學(xué)研究院、航天環(huán)境可靠性實(shí)驗(yàn)中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容實(shí)驗(yàn)中心等實(shí)驗(yàn)室。內(nèi)部干擾是指電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的互相干擾，涉及以下幾種:（1）工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電導(dǎo)致的干擾；(與工作頻率有關(guān))（2）信號(hào)通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь€之間的互感導(dǎo)致的干擾；（3）設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件自身或其它元件的穩(wěn)定性導(dǎo)致的干擾；（4）大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場(chǎng)、電場(chǎng)通過耦合影響其它部件導(dǎo)致的干擾。外部干擾是指電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對(duì)線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾，涉及以下幾種:（1）外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；（2）外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；（3）空間電磁波對(duì)電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾；（4）工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變導(dǎo)致的干擾；（5）由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。電磁干擾源電磁干擾源耦合途徑接受器控制發(fā)射（減少噪聲源級(jí)別，減少電磁輻射）控制易受干擾性（減少電磁輻射，增長(zhǎng)接受器抗干擾的能力）圖1電磁干擾模型的組成三、電磁兼容學(xué)科發(fā)展歷史1、初期歷史概述：最早出現(xiàn)的電磁干擾現(xiàn)象是在19世紀(jì)--單線電報(bào)間的串?dāng)_。1881年，英國(guó)著名科學(xué)家希維賽德發(fā)表了“論干擾”的文章可算是最重要的初期文獻(xiàn)。但這類干擾現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并未引起干擾者和被干擾者的重視。1833年法拉弟發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，指出變化的磁場(chǎng)在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。1864年麥克斯韋引入位移電流的概念指出變化的電場(chǎng)將激發(fā)磁場(chǎng)，并由此預(yù)言電磁波的存在，這種電磁場(chǎng)的互相激發(fā)并在空間傳播。正是電磁干擾存在的理論基礎(chǔ)。隨著電氣運(yùn)送的出現(xiàn)，在一根通信線與不對(duì)稱的強(qiáng)電線之間有較長(zhǎng)的平行運(yùn)營(yíng)，干擾問題日益嚴(yán)重。這樣在1887年，柏林電氣協(xié)會(huì)成立“所有干擾問題委員會(huì)”成員有赫姆霍爾茲和西門子等。1888年赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)也證明各種打火系統(tǒng)向空間發(fā)出電磁干擾。從此開始了對(duì)干擾的實(shí)驗(yàn)研究。1889年，英國(guó)郵電部門研究了通信干擾問題；美國(guó)“電世界”雜志登載電磁感應(yīng)方面文章。20世紀(jì)初，許多學(xué)者對(duì)電磁感應(yīng)影響的研究日益進(jìn)一步。并進(jìn)一步研究感性、容性及阻性等耦合方式引起的干擾，還對(duì)輻射性干擾進(jìn)行了大量研究。初期的專門刊物——美國(guó)的“RadioFrequencyInterference”是有關(guān)射頻干擾的專門刊物。到1964年，隨著專刊內(nèi)容范圍的增長(zhǎng)，改名為EMC?？?。美國(guó)從1945年開始，頒布了一系列電磁兼容方面的軍用標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，并不斷加以充實(shí)和完善，使得電磁兼容技術(shù)得到快速發(fā)展。蘇聯(lián)在1948年制訂了“工業(yè)無(wú)線電干擾的極限允許值標(biāo)準(zhǔn)”。有很多研究單位從事抗干擾的研究。其它國(guó)家也已相繼加強(qiáng)了射頻干擾的研究工作。早在一九三四年國(guó)際電工委員會(huì)就成立了無(wú)線電干擾特別委員會(huì)簡(jiǎn)稱CISPR，專門研究無(wú)線電干擾問題，制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在保護(hù)廣播接受效果。當(dāng)初只有少數(shù)國(guó)家參與該委員會(huì)，如比利時(shí)、法國(guó)、荷蘭和英國(guó)等。通過數(shù)年的發(fā)展人們對(duì)電磁兼容的結(jié)識(shí)發(fā)生了深刻的變化，1989年歐洲共同體委員會(huì)頒發(fā)了89/336/EEC指令，明確規(guī)定，自1996年1月1日起，所有電子、電器產(chǎn)品須通過EMC性能的認(rèn)證，否則將嚴(yán)禁其在歐共體市埸銷售。此舉在世界范圍內(nèi)引起較大反響，EMC已成為影響國(guó)際貿(mào)易的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著技術(shù)的發(fā)展CISPR工作范圍也由當(dāng)初保護(hù)廣播接受業(yè)務(wù)擴(kuò)展到涉及保護(hù)無(wú)線電接受的所有業(yè)務(wù)。國(guó)際電工委員會(huì)IEC有兩個(gè)專們從事電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會(huì)：一個(gè)就是CISPR成立于1934年；另一個(gè)是電磁兼容委員會(huì)TC77，成立于1981年。CISPR最初關(guān)心的重要是廣播接受頻段的無(wú)線電騷擾問題，之后在EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作方面進(jìn)行了不懈的努力，CISPR共有七個(gè)分技術(shù)委員會(huì)其中A分會(huì)涉及無(wú)線電騷擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備及測(cè)量方法；B分會(huì)涉及工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療射頻設(shè)備的EMC；C分會(huì)涉及架空電力線路和高壓設(shè)備的EMC；D分會(huì)涉及車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的EMC；E分會(huì)涉及收音機(jī)和電視接受機(jī)及有關(guān)設(shè)備的EMC；F分會(huì)涉及家用電器、電動(dòng)工具及熒光燈和照明裝置的EMC；G分會(huì)涉及信息技術(shù)設(shè)備的EMC問題。CISPR已基本上將通常的工業(yè)和民用產(chǎn)品的EMC考慮在其標(biāo)準(zhǔn)中。CISPR還起草了通用射頻騷擾限額值國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案，這樣，對(duì)那些新開發(fā)的以及暫時(shí)還不能與現(xiàn)有CISPR產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)相相應(yīng)的產(chǎn)品，可以用射頻騷擾限額值來加以限制。幾年前CISPR將其工作頻率范圍擴(kuò)展為DC-400GHz，目前實(shí)際工作范圍為9KHz—18GHz，以前的CISPR標(biāo)準(zhǔn)重要涉及無(wú)線電干擾限額值及其測(cè)量方法，近年來在抗擾度方面加強(qiáng)了研究，并已制定了一些標(biāo)準(zhǔn)。TC77最初重要關(guān)心低壓電網(wǎng)系統(tǒng)的EMC間題（9KHz以下頻段），后來將其工作范圍擴(kuò)大到整個(gè)EMC所涉及的頻率范圍及產(chǎn)品。目前CISPR已制定有CISPR22（1997）《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電騷擾特性的測(cè)量方法及限值》等14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；TC77也已制定了25個(gè)IEC標(biāo)準(zhǔn)，其中IEC61000-4系列標(biāo)準(zhǔn)是目前國(guó)際上比較完整和系統(tǒng)的抗擾度基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。2、EMC技術(shù)是隨著干擾問題的日趨嚴(yán)重而發(fā)展的電氣、電子技術(shù)的的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，其設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)量的急劇增多，導(dǎo)致了復(fù)雜的電磁環(huán)境。例如：1975年，日內(nèi)瓦國(guó)際頻率登記委員會(huì)所登記的無(wú)線電發(fā)射機(jī)有一百多萬(wàn)臺(tái)，有一萬(wàn)多臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)其總功率超過540MW，在更高頻率上，其情況更復(fù)雜。1976年單在美國(guó)就有二百多萬(wàn)臺(tái)移動(dòng)式無(wú)線電發(fā)射機(jī)和基地臺(tái)在工作，而軍用無(wú)線電發(fā)射機(jī)也許更多。1988年，世界范圍內(nèi)的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）設(shè)備的數(shù)量已達(dá)成一億二千萬(wàn)臺(tái)，并已5%的速度逐年遞增，這些設(shè)備有相稱數(shù)量工作在國(guó)際電信聯(lián)盟（IUT）指定的頻率之外，或超過國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）對(duì)ISM設(shè)備所規(guī)定的輻射干擾極限值的規(guī)定。其功率泄漏及高次諧波將導(dǎo)致強(qiáng)烈的干擾。60年代以來，現(xiàn)代科技向高頻、高速、高靈敏度、高安裝密度、高集成度、高可靠性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣，滲透到社會(huì)的每一角落。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)將人類帶入信息時(shí)代，信息高速公路和高速計(jì)算機(jī)技術(shù)成為人類社會(huì)生產(chǎn)和生活的主導(dǎo)技術(shù)?？焖侔l(fā)展帶來的負(fù)面影響之一就是電磁干擾問題的日趨嚴(yán)重，也就極大地促進(jìn)了EMC技術(shù)的發(fā)展。電磁背景功率的增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致需要增長(zhǎng)無(wú)線電發(fā)射機(jī)的功率。例如：60年前，工業(yè)活動(dòng)還很少時(shí)，1臺(tái)120kw長(zhǎng)波發(fā)射機(jī)的功率場(chǎng)就能覆蓋30萬(wàn)平方公里。而現(xiàn)在，要想達(dá)成同樣的效果，其功率就要增大17倍（達(dá)成2MW）。電磁波發(fā)射功率競(jìng)相增大和社會(huì)“電子化”、工業(yè)化增長(zhǎng)的共同作用，最終會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有運(yùn)用電信號(hào)作為代碼的接受、傳輸和解決信息的系統(tǒng)的危機(jī)與崩潰，這將帶來難以想象的、也是史無(wú)前例的劫難。為了避免出現(xiàn)這種結(jié)果，就必須采用控制措施，不能讓這種發(fā)展趨勢(shì)不加限制地繼續(xù)下去，規(guī)定從組織上、技術(shù)上采用相應(yīng)措施。所以電磁兼容的研究和管理受到各國(guó)的重視，近年來獲得較快的發(fā)展。進(jìn)入八十年代，電磁兼容已成為十分活躍的學(xué)科領(lǐng)域，許多國(guó)家（美、德、英、法、日等國(guó)）在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，分析預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)、測(cè)量及管理等方面均達(dá)成很高水平，有高精度的電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，可進(jìn)行各種系統(tǒng)間的EMC實(shí)驗(yàn)，研制出系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的各種EMC計(jì)算機(jī)分析程序。在電磁干擾克制技術(shù)方面，理論和實(shí)際解決方法已很完善，研制出許多專用的新材料、新的器件，并形成了一類新的EMC產(chǎn)業(yè)。特別是一些國(guó)家還建立了對(duì)軍品和民品EMC檢查及管理的專門機(jī)構(gòu)，不符合EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的產(chǎn)品不能裝備或不能進(jìn)入市場(chǎng)，這樣還達(dá)成了在國(guó)際貿(mào)易中建立技術(shù)壁壘的目的。3、電磁干擾對(duì)電子計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)設(shè)施的危害計(jì)算機(jī)外界電磁干擾重要來源于射頻、工頻電源、靜電及雷電脈沖等四類。實(shí)驗(yàn)證明，在距微機(jī)6m處開關(guān)電流為10A的交流感性負(fù)載，其接觸器觸頭電弧產(chǎn)生的干擾足以使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生誤動(dòng)作。工頻電源電壓的大幅度波動(dòng)或電流沖擊有也許通過電源線進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)出現(xiàn)運(yùn)營(yíng)錯(cuò)誤或故障，甚至破壞計(jì)算機(jī)的某些部件。某些電器設(shè)備產(chǎn)生的尖峰干擾脈沖、工業(yè)火花等也可通過供電線路進(jìn)入計(jì)算機(jī)。雷電脈沖通過電網(wǎng)供電電源進(jìn)入計(jì)算機(jī)導(dǎo)致干擾，可以使計(jì)算機(jī)或部件損壞。由于20世紀(jì)80年代以來的電子設(shè)備發(fā)生了主線變化，集成電路取代了晶體管，這就使電子設(shè)備的抗損毀能力大大下降，僅為晶體管設(shè)備的千分之一，為電子管設(shè)備的百萬(wàn)分之一。可以說，微電子技術(shù)水平越高，電子設(shè)備的抗損毀能力就越差。4、EMC技術(shù)在軍事領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀戰(zhàn)爭(zhēng)自身是刺激技術(shù)的發(fā)展的重要因素，先進(jìn)的技術(shù)一方面會(huì)應(yīng)用于國(guó)防和軍事。這樣各國(guó)軍工行業(yè)的EMC技術(shù)領(lǐng)先于其它行業(yè)。從軍用電子設(shè)備角度看，在戰(zhàn)爭(zhēng)模式發(fā)展到電子戰(zhàn)的今天，電子對(duì)抗、制電磁權(quán)的爭(zhēng)奪使得強(qiáng)化電子設(shè)備的電磁兼容性是保證在戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中人員、武器裝備、信息情報(bào)的安全、獲得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代軍用裝備中大量電子設(shè)備密集狹小的空間互相間的電磁干擾非常嚴(yán)重，導(dǎo)致失靈、癱瘓、事故、甚至由于不能同時(shí)兼容工作遭受襲擊的情況屢見不鮮。美國(guó)在電磁兼容方面已搞了五十年，在電磁兼容各個(gè)方面都處在領(lǐng)先位置。發(fā)射電磁干擾已作為特殊進(jìn)攻方式應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)。目前美國(guó)已擁有電磁干擾飛機(jī)和電磁炸彈等。特別值得提出的是，美國(guó)科研部門為保護(hù)通信網(wǎng)和某些軍事裝備不受強(qiáng)電磁（涉及高空核磁爆）影響，正在全力研究新的抗電磁干擾技術(shù)。為此，僅在1982年開始時(shí)，美國(guó)國(guó)防部就投入了200億美元，用以專門對(duì)付“電磁脈沖（EMP）的科學(xué)研究與設(shè)施開發(fā)。四、我國(guó)EMC技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的EMC測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)化工作始于六十年代，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的一些院所建立了相對(duì)簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室，開展無(wú)線電干擾（騷擾）測(cè)試研究，同時(shí)參考前蘇聯(lián)和歐美國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定我們國(guó)家自已的EMC標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，自從1986年成立了全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)后，我國(guó)才開始有組織有系統(tǒng)地相應(yīng)CISPR/IEC開展國(guó)內(nèi)EMC標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前全國(guó)無(wú)線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)已成立了八個(gè)分技術(shù)委員會(huì)，其中七個(gè)分會(huì)與CISPR/A.B.C…F.G分會(huì)相相應(yīng)，S分會(huì)是根據(jù)我國(guó)國(guó)情而成立的，它重要涉及無(wú)線電系統(tǒng)與非無(wú)線電系統(tǒng)之間的電磁兼容問題。目前我國(guó)已制定了六十多項(xiàng)EMC國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為GB4365-1995電磁兼容術(shù)語(yǔ)；GB/T6113-1995無(wú)線電干擾和抗擾度測(cè)量設(shè)備規(guī)范。近年來國(guó)家有關(guān)部門對(duì)電磁兼容十分重視，電磁兼容學(xué)術(shù)組織紛紛成立，在許多單位建立或改造了EMC實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)較先進(jìn)的EMI、EMS自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和設(shè)備，在各地區(qū)及一些軍工系統(tǒng)建立了國(guó)家級(jí)EMC測(cè)量中心，已具有各種EMC測(cè)量和實(shí)驗(yàn)的能力。五、抗干擾措施與電磁兼容性研究印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，是目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)的重要裝配方式。鑒于PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，因此，PCB的設(shè)計(jì)除必須遵守一般原則之外，還應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)與電磁兼容性的規(guī)定。一．電路板設(shè)計(jì)的一般原則1．布局一方面應(yīng)考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大，印制線條長(zhǎng)，阻抗增長(zhǎng)，抗噪聲能力下降，成本也增長(zhǎng)；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在擬定PCB尺寸后，再擬定元件的位置，一般來說，應(yīng)把模擬信號(hào)、高速數(shù)字電路、噪聲源(如繼電器、大電流開關(guān)等)這三部分合理分開，使互相間的信號(hào)耦合為最小。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的所有元器件進(jìn)行布局。在擬定元件的位置時(shí)要遵守以下原則：按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡也許保持一致的方向。以每個(gè)功能電路的核心元件為中心進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊緊湊地排列，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)尺也許使元器件平行排列，以利于裝焊及批量生產(chǎn)且美觀。位于電路板邊沿的元器件，離電路板邊沿一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長(zhǎng)寬比為3：2或4：3，其尺寸大于200x150mm時(shí)，應(yīng)考慮電路板所受的機(jī)械強(qiáng)度。盡也許縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和互相間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能互相挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。某些元器件或?qū)Ь€之間也許有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。重量超過15g的元器件應(yīng)當(dāng)用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發(fā)熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應(yīng)裝在整機(jī)的機(jī)箱底板上，且應(yīng)考慮散熱問題。熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元件的布局應(yīng)考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)規(guī)定。若是機(jī)內(nèi)調(diào)節(jié)，應(yīng)放在印制板上便于調(diào)節(jié)的地方；若是機(jī)外調(diào)節(jié)，其位置要與調(diào)節(jié)旋鈕在機(jī)箱面板上的位置相適應(yīng)。應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。2、布線布線的原則如下：輸入、輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行，最佳加線間地線，以免發(fā)生反饋耦合。導(dǎo)線的最小寬度重要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定，當(dāng)銅箔厚度為0.05mm、寬度為1～15mm時(shí)，通過2A的電流，溫度不會(huì)高于3℃。因此，導(dǎo)線寬度為1.5mm便可滿足規(guī)定。對(duì)于集成電路特別是數(shù)字電路，通常選寬度為0.02～0.3mm的導(dǎo)線，當(dāng)然，只要允許，還是盡也許用寬線，特別是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距重要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路特別是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8mm。印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最佳用柵格狀，這樣有助于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。二電路板及電路抗干擾措施印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，以下從四個(gè)方面討論P(yáng)CB抗干擾設(shè)計(jì)的措施。1、電源線設(shè)計(jì)根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時(shí)使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。2、地線設(shè)計(jì)印刷電路板上，電源線和地線最重要?？朔姶鸥蓴_，最重要的手段就是接地。對(duì)于雙面板，地線布置特別講究，通過采用單點(diǎn)接地法，電源和地是從電源的兩端接到印刷線路板上來的，電源一個(gè)接點(diǎn)，地一個(gè)接點(diǎn)。印刷線路板上，要有多個(gè)返回地線，并都會(huì)聚到回電源的那個(gè)接點(diǎn)上，就是所謂單點(diǎn)接地。所謂模擬地、數(shù)字地、大功率器件地開分，是指布線分開，而最后都匯集到這個(gè)接地點(diǎn)上來。與印刷線路板以外的信號(hào)相連時(shí)，通常采用屏蔽電纜。對(duì)于高頻和數(shù)字信號(hào)，屏蔽電纜兩端都接地。低頻模擬信號(hào)用的屏蔽電纜，一端接地為好。如能將接地和屏蔽對(duì)的結(jié)合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子設(shè)備中地線結(jié)構(gòu)大體有系統(tǒng)地、機(jī)殼地(屏蔽地)、數(shù)字地(邏輯地)和模擬地等。地線設(shè)計(jì)的原則是：數(shù)字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，分別與電源端地線相連，并盡也許加大線性電路的接地面積。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地。高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗，高頻元件周邊盡量用柵格狀大面積地箔。接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線很細(xì)，則接地電位隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定期信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線加粗，使它能通過三倍于印制板上的允許電流。如有也許，接地線寬度應(yīng)在2～3mm以上。對(duì)的選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量減少地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時(shí)，假如采用一點(diǎn)接地，其地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。將接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印制電路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其因素在于：印制電路板上的很多集成電路元件，特別碰到耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制，會(huì)在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地構(gòu)成環(huán)路，則會(huì)縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。3、合理設(shè)立退耦電容性能好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面旁路除掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uF，有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1uF、10uF電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方并一個(gè)1uF或10uF的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10uF。最佳不用電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感，最佳使用膽電容或聚碳酸酯電容。去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，可按C=1/f計(jì)算，即10MHz取0.1uF。對(duì)微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，取0.1～0.01uF之間都可以。退耦電容的一般配置原則是：電源輸入端跨接10～100uF的電解電容器。如有也許，接100uF以上的更好。原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01uF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4～8個(gè)芯片都應(yīng)布置一個(gè)1～10uF的鉭電容。對(duì)于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。電容引線不能太長(zhǎng)，特別是高頻旁路電容不能有引線。4、特殊器件的解決在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC電路來吸取放電電流。一般R取1～2KΩ，C取2.2～47uF。CMOS的輸入阻抗很高，易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器可以有效減少噪聲和提高系統(tǒng)的抗干擾能力。為減小信號(hào)傳輸中的畸變，信號(hào)在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。注意印刷線板與元器件的高頻特性。在高頻情況下，印刷線路板上的引線、過孔、電阻、電容、接插件的分布電感與電容等不可忽略。電阻對(duì)高頻信號(hào)產(chǎn)生的反射，會(huì)對(duì)引線的分布電容起作用，當(dāng)引線長(zhǎng)度大于噪聲頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的1/20時(shí)，就產(chǎn)生天線效應(yīng)，噪聲通過引線向外發(fā)射。六、電磁兼容學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)1、現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使輻射源的增長(zhǎng)率達(dá)成每年５－８％，特別是在城市，人為的電磁輻射密度增長(zhǎng)系數(shù)達(dá)成每年７－１４％。因此，城市中電磁能量密度每５－１０年增長(zhǎng)１倍。在此后25年內(nèi)，社會(huì)生產(chǎn)所引起的電磁干擾能量密度將增長(zhǎng)３０倍，５０年內(nèi)可增長(zhǎng)700--1000倍，21世紀(jì)電磁環(huán)境惡化形勢(shì)已成定局。因此，如何使電子設(shè)備能正常工作將變得越來越困難，并對(duì)釋放的干擾控制得越來越嚴(yán)格。2、在軍事方面，美俄等國(guó)正在研制中的第三代核武器之一就是核電磁脈沖彈。一般的核武器有三大效應(yīng)：沖擊波、熱輻射（光輻射）和放射性污染。事實(shí)上核武器尚有第四效應(yīng)——電磁脈沖（ElectromagneticPulse簡(jiǎn)稱EMP），普通核武器以電磁脈沖形式釋放的能量?jī)H占核彈總釋放量的3/1010--3/105，而核電磁脈沖彈則可將此值提高到40%。核爆炸瞬間，彈體釋放出大量γ射線、χ射線和高能中子。由于這些射線能量很大，使周邊空氣分子電離，產(chǎn)生大量帶電粒子，這些粒子的運(yùn)動(dòng)形成電流，激勵(lì)電磁場(chǎng)，使爆心周邊產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的瞬時(shí)電磁場(chǎng)，它以波的形式以光速向外傳播。電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)50—100KV/m；頻譜很寬，作用范圍大，能在電子設(shè)備的導(dǎo)體中感應(yīng)出很大的瞬時(shí)電壓和電流，使電子設(shè)備、電路和元器件受到不同限度的干擾和破壞。EMP可使敵方指揮、控制、通訊和情報(bào)、監(jiān)視、偵察（Command、Control、Communication、Computer＆Intelligence、Surveillance、Reconnaissance簡(jiǎn)寫為C4ISR）系統(tǒng)遭到毀滅性打擊，并導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓、電力網(wǎng)斷路、金屬管線及地下電纜通訊網(wǎng)等受到影響而陷入無(wú)電源、無(wú)通訊、無(wú)計(jì)算機(jī)的三無(wú)世界。它的后果是破壞電子設(shè)備而不傷害人（這與中子彈的效果恰好相反），這就是把核武器常規(guī)化了。這個(gè)新的發(fā)展，直接促成現(xiàn)在研究核電磁脈沖的熱潮。3、電子信息系統(tǒng)的TEMPEST技術(shù)發(fā)展信息系統(tǒng)的TEMPEST技術(shù)是電磁兼容領(lǐng)域發(fā)展起來的一個(gè)新的研究方向。其具體內(nèi)容是針對(duì)信息設(shè)備的電磁干擾與信息泄漏問題，從信息接受和防護(hù)兩個(gè)方面展開一系列研究和開發(fā)工作，涉及信息接受，破譯水平、防泄漏能力與技術(shù)、相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及管理手段等。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是各種信息解決設(shè)備中最為關(guān)鍵和重要的組成部分，因而也使得運(yùn)用信息設(shè)備的電磁泄漏來獲取信息情報(bào)更為及時(shí)、準(zhǔn)確、廣泛、連續(xù)，并且安全、可靠、隱蔽。正是這樣，TEMPEST防護(hù)研究一般都是針對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其外設(shè)配置而開展的，也涉及接受系統(tǒng)，電傳機(jī)、數(shù)字電話等。信息解決設(shè)備的電磁輻射有兩方面影響：a、對(duì)電磁環(huán)境構(gòu)成污染b、對(duì)信息安全與信息保密構(gòu)成嚴(yán)重威脅海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國(guó)通過其間諜衛(wèi)星的TEMPEST接受系統(tǒng)截獲伊拉克及海灣地區(qū)的政治、軍事、經(jīng)濟(jì)情報(bào)，其相稱多的部分就是運(yùn)用對(duì)方電子設(shè)備自身泄漏的電磁波獲取的。分析表白，數(shù)字電路組成的信息解決設(shè)備由于輻射頻