電子產(chǎn)品的電磁兼容技術(shù)

【摘要】電子產(chǎn)品的工作電壓、工作頻率都較高，很容易產(chǎn)生電磁干擾，電磁干擾會嚴(yán)重影響電子產(chǎn)品的正常工作。本文就電磁干擾的方式、電磁兼容的要求、消除電磁干擾的技術(shù)措施等問題，進(jìn)行了較為深入的探討。

【關(guān)鍵詞】電磁干擾;電磁兼容;接地;濾波;屏蔽

不少的電子產(chǎn)品其內(nèi)部電路的工作電壓都較高，有的電子產(chǎn)品還含有高頻振蕩電路，這樣的電子產(chǎn)品很容易通過線路或通過空間輻射的方式，把信號傳輸出去，對其它電子產(chǎn)品或同一臺電子產(chǎn)品內(nèi)部的其它電路產(chǎn)生干擾，這種干擾通常稱之為電磁干擾。

電磁干擾會嚴(yán)重影響電子產(chǎn)品的正常工作，各種電子產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家，在電路設(shè)計、產(chǎn)品制造時，都很重視電磁干擾問題。

一、電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾的方式與電磁兼容的要求

我們只有了解清楚電磁干擾的方式，并采取相應(yīng)的措施，消除各種方式的電磁干擾，才能保證電子產(chǎn)品正常工作。

1.電磁干擾的方式

電子產(chǎn)品內(nèi)有不少的連接線路（包括印制導(dǎo)線），干擾信號很容易通過連接線路傳導(dǎo)出去;另外，電子產(chǎn)品內(nèi)部的電路工作頻率都較高，高頻信號很容易輻射出去形成干擾。故電磁干擾的方式，主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。

傳導(dǎo)干擾，是指干擾源通過導(dǎo)線，把干擾信號耦合到另一個電路中去，對另一個電路產(chǎn)生干擾。

輻射干擾，是指干擾源通過空間，把干擾信號輻射到另一個電路中去，對另一個電路產(chǎn)生干擾。

2.電子產(chǎn)品電磁兼容的要求

電子產(chǎn)品電磁兼容性的要求是，電子產(chǎn)品工作時，所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設(shè)備或同一臺電子產(chǎn)品內(nèi)的其它電路產(chǎn)生干擾，也不受其它設(shè)備或同一臺電子產(chǎn)品內(nèi)其它電路的電磁能量干擾。英文為Electro Magnetic Compatibility，常簡寫成EMC。

電子產(chǎn)品只有電路設(shè)計合理、裝配工藝合理，才會具有較好的電磁兼容性。

二、消除電磁干擾的技術(shù)措施

電磁干擾是可以消除的，消除電磁干擾的技術(shù)措施主要是接地、濾波、屏蔽。生產(chǎn)過程中必需嚴(yán)格依照工藝文件的要求進(jìn)行生產(chǎn)，否則可能會影響EMC效果。

1.通過接地措施來消除EMC干擾

接地是最有效的抑制干擾源的方法，可解決50%的EMC問題。

（1）接地的分類

接地可以分為單點接地與多點重復(fù)接地。單點接地，各電路的地，接在同一點，作為公共電位參考點。多點接地，就近幾個點重復(fù)接地，每條地線可以很短，可以提供較低接地阻抗。

在PCB板上的接地，又可以分為屏蔽接地、濾波接地、靜電接地。

屏蔽接地，局部屏蔽罩引腳的接地，如圖1（a）;濾波接地，信號線、電源線濾波器中的旁路電容的接地;靜電接地，泄放靜電和防止接收無線電波再發(fā)射的接地。

（2）接地要求

PCB 板上的插接型接地線，要插到底，確保接觸良好;螺絲固定型的地線端子或接地片，要上緊螺絲，并要注意擺放方向，避免接觸到旁邊的元件或銅皮導(dǎo)致短路，如圖1（b）所示。

圖1

液晶屏金屬外殼與主電路板之間的接地，一般采用具有彈性的導(dǎo)電海綿相互連通進(jìn)行接地。導(dǎo)電海綿需要粘貼在正確的位置，確保接觸良好，中間不可夾有絕緣物，導(dǎo)電海綿的厚度要合適，其厚度應(yīng)確保液晶屏金屬外殼與主電路板接觸后，有1～2mm的壓縮量，如圖2所示。

圖2

2.通過濾波措施來消除EMC干擾

（1）常用的濾波元件

在LCDTV等電子產(chǎn)品中，大多數(shù)干擾信號都是通過連接用的導(dǎo)線輻射出來的，導(dǎo)線會起“輻射天線”的作用，故在設(shè)計電路時，常用電容、電阻、電感（磁珠）等元件，以及由這些元件組成的L型、T型和π型濾波電路來進(jìn)行濾波。

在離LVDS、HDMI信號線引腳插座較近的位置，增加濾波元件，采用串聯(lián)磁珠或電阻、并聯(lián)電容、以上幾種的組合，對差分傳輸信號——LVDS信號和HDMI信號形成串聯(lián)共模電路，即能很好的消除EMC干擾。

（2）磁環(huán)繞線濾波器的工藝要求

在信號傳輸線、電源線的適當(dāng)位置（要通過電磁輻射測試才能確定位置），串繞一個磁環(huán)，可以起到消除EMC干擾信號的作用。如圖3所示。

裝配時必需依照工藝文件中規(guī)定的圈數(shù)、離線插的距離進(jìn)行繞制，磁環(huán)繞線時不可夾線，扎線扣要綁緊，確保磁環(huán)不會松動，扎線扣多余的部分要剪掉。

圖3

磁環(huán)的磁導(dǎo)率是影響濾波效果的最大因素。通常材料磁導(dǎo)率越高，適用抑制的頻率就越低。在電源線上進(jìn)行濾波時，應(yīng)選用磁導(dǎo)率高的材料，在信號傳輸線上進(jìn)行濾波時，應(yīng)選用磁導(dǎo)率低的材料。在成本和空間允許的情況下，可選擇盡量長、盡量厚和內(nèi)徑盡量小的磁環(huán)來繞制。

繞制的匝數(shù)會影響濾波效果。如果繞多圈，由于匝間電容的增大，對低頻干擾信號的濾波效果會更好，但對高頻干擾信號的濾波效果會下降。

磁環(huán)的安裝位置也會影響濾波效果。同樣的磁環(huán)，在不同的安裝位置，濾波效果有區(qū)別。一般盡可能接近干擾源的地方，盡可能靠近導(dǎo)線、電纜進(jìn)出口的位置進(jìn)行安裝，濾波效果最好。

（3）差分方式傳輸信號時消除EMC干擾的工藝要求

LVDS、DVI（TMDS），HDMI、USB等接口電路傳輸信號時，一般都采用差分方式來傳輸，把一路的串行信號，轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕返姆聪嘈盘枺靡粚Φ男盘柧€來進(jìn)行傳輸，也就是把2根信號線作為一對來傳輸信號。這種傳輸方式對差摸信號不會造成影響，但能很好的抑制共模干擾信號。

在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝中，對采用差分方式傳輸信號的工藝要求如下。

差分對的兩根走線要盡量靠近，差分對線與線對之間的距離愈大越好，每對差分線的兩根傳輸線要求嚴(yán)格等長，信號線對需設(shè)置共模電感和下地電容，以減少LVDS線的共模輻射，LVDS插座應(yīng)優(yōu)先采用貼片或密腳插座以減少信號反射，信號線的總長度應(yīng)盡量避免等于信號1/4波長的整數(shù)倍。

（4）高電壓、大電流導(dǎo)線布線的工藝要求

高電壓導(dǎo)線（如接到液晶屏LED燈供電的連接線）、大電流（如電源線）導(dǎo)線，不要和其它小信號線一起走線，盡量分開走線，否則容易產(chǎn)生干擾，如圖4所示。

圖4

3.通過屏蔽措施來消除EMC干擾

（1）屏蔽方法消除EMC干擾的原理

采用高磁導(dǎo)率的材料，使干擾信號的磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴散到空間外去。厚度越大，磁阻越小，磁場屏蔽的效果越好。

采用高導(dǎo)電性金屬材料，使干擾信號形成渦流，由于高頻趨膚效應(yīng)，渦流僅在屏蔽盒表面薄層流通，從而達(dá)到屏蔽的效果。

如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時，往往采用高磁導(dǎo)率材料表面涂覆高導(dǎo)電性材料組成多層屏蔽體，來消除EMC的干擾。

（2）屏蔽材料的選用

低頻干擾信號應(yīng)采用高磁導(dǎo)率金屬屏蔽材料，高頻干擾信號應(yīng)采用高電導(dǎo)率金屬屏蔽材料。常用的金屬板屏蔽材料有，鍍鋅鋼板、低碳鋼板、鍍銅鋼板、銅板、導(dǎo)電布、導(dǎo)電鋁箔等。

（3）屏蔽的工藝要求

對于屏蔽整個主板的屏蔽盒來說，要關(guān)注導(dǎo)線引出空孔的尺寸、屏蔽盒與屏蔽蓋之間的縫隙大小。對于采用局部屏蔽的主板，應(yīng)注意屏蔽罩引腳之間的最大尺寸不超過30mm。穿過屏蔽罩的走線，需串接磁珠、電阻、穿心電容等進(jìn)行濾波處理。

采用導(dǎo)電布、導(dǎo)電鋁箔來進(jìn)行屏蔽時，要撫平貼緊，確保接觸良好，要注意不能貼到無關(guān)的元件上而造成短路，如圖5所示。

圖5

為了防止液晶電視機等電子產(chǎn)品的電磁輻射產(chǎn)生危害，裝配電子元件時，振蕩器（如晶振）、電源開關(guān)管、開關(guān)變壓器、高頻整流二極管、遙控接收器、高頻頭等元器件，要用磁環(huán)或金屬外殼加于屏蔽。在裝配過程中，不可隨意棄掉這些磁環(huán)和金屬外殼。另外，在裝配整機的各個電路時，應(yīng)嚴(yán)格按工藝要求來進(jìn)行，不可隨意改動這些電路的結(jié)構(gòu)。

作者簡介：何培森（1963—），男，高級講師，廣東省惠州市技師學(xué)院電子工程系主任，擔(dān)任主編或副主編出版過多部全國或廣東省統(tǒng)編教材，并編寫了數(shù)部校本教材，多篇論文發(fā)表或者獲獎。