如何對(duì)電子設備進(jìn)行電磁兼容設計？

随著(zhe)科學(xué)技術的不斷發(fā)展，電子設備的數量及應用逐漸增多，結果必將(jiāng)造成(chéng)電磁幹擾越來越嚴重。

在日趨惡劣的電磁環境中，如若不采取恰當的電磁屏蔽措施，會(huì)導緻設備之間的電磁幹擾日益嚴重，電子設備的性能(néng)下降，甚者會(huì)危及到信息的安全。爲了保證電子設備在複雜的電磁環境中既不幹擾其他設備，而又不受其他設備幹擾的影響而能(néng)正常工作，這(zhè)就(jiù)要求在設備研制的初期階段必須從結構、技術等方面(miàn)進(jìn)行嚴格的電磁兼容設計。

1 電磁兼容設計的基本要求

電磁兼容性是電子設備的主要性能(néng)之一，在進(jìn)行設備功能(néng)設計的同時，還(hái)應進(jìn)行電磁兼容設計。

電磁兼容設計的目的是使所設計的設備在複雜電磁環境中實現電磁兼容，因此在進(jìn)行電磁兼容設計時應滿足以下要求： 首先明确設備所滿足的電磁兼容指标，然後(hòu)确定設備的敏感器件、幹擾源及幹擾途徑，有針對(duì)性地采取措施，最後(hòu)通過(guò)試驗了解設備是否達到了電磁兼容指标要求。

2 電磁兼容設計所采取的方法

對(duì)于通信車而言，通常其所裝載的設備量很多，包括配電設備、通信設備及終端設備等，各設備間很容易形成(chéng)電磁幹擾，進(jìn)而影響通信質量，因此設備在進(jìn)行電磁兼容設計時要從3 要素（ 幹擾源、耦合途徑和敏感設備） 出發(fā)，采取各種(zhǒng)有效手段，抑制幹擾源，消除或減弱幹擾耦合，增加敏感設備的抗幹擾能(néng)力。

以某車載電子設備爲例，由數字電流表、數字電壓表、轉換開(kāi)關、斷路器、控制保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件組成(chéng)，其中數字電流表、數字電壓表、轉換開(kāi)關、斷路器布置于前面(miàn)闆上，控制保護單元、互感器、接觸器等單元及元器件放在機箱内部。此設備要滿足GJB151A- 97 有關的電磁兼容指标要求，在結構設計等方面(miàn)采取的主要措施有： 儀表窗口的屏蔽; 機箱縫隙的屏蔽; 各單元合理布局及其屏蔽; 電纜敷設以及電源線濾波等。

2.1 儀表窗口的屏蔽

儀表窗口對(duì)設備來說是比較大的洩漏口，必須采取有效的措施將(jiāng)其屏蔽，爲此采用加裝絲網屏蔽玻璃的方法對(duì)數字電流表、數字電壓表進(jìn)行外部屏蔽。絲網屏蔽玻璃是由一種(zhǒng)低阻抗的金屬絲網通過(guò)特殊工藝夾在兩(liǎng)層玻璃之間制成(chéng)，絲網篩孔的密度決定其主要的屏蔽效能(néng)。如圖1 所示，由于玻璃周邊預留了10~ 20 mm 金屬絲網毛邊，通過(guò)螺裝金屬外框將(jiāng)它緊緊壓在機箱上，從而獲得連續的導電表面(miàn)，以達到減少電磁洩露的目的。

圖1 儀表窗口的屏蔽

2.2 機箱縫隙的屏蔽

影響屏蔽完整性的主要因素是屏蔽體上的接縫。此車載電子設備的框架是采用鋁闆折彎後(hòu)對(duì)焊而成(chéng)，焊縫平滑連續，屬于性接縫，這(zhè)種(zhǒng)接縫處的射頻電阻幾乎與金屬闆本身的射頻電阻相同，從而保證了屏蔽體接合處的電氣連續性。對(duì)于可拆式接縫，如機箱、蓋闆接合處，往往采用螺釘緊固方式，由于螺釘的間距不宜太小，接合表面(miàn)的不平整以及蓋闆材料的翹曲變形等原因，使接合面(miàn)處不可避免地産生了縫隙，降低了機箱的屏蔽效能(néng)，爲此采取了2 種(zhǒng)方法來解決此問題： 增加縫隙深度，爲了增加縫隙深度，機箱的彎邊寬度取15 mm，重疊尺寸越大，屏蔽效能(néng)越好(hǎo); 減小縫隙長(cháng)度，由于钣金機箱很難做到接合面(miàn)處的高精度，爲了彌補此缺陷，采用了經(jīng)濟、實用的方法，在接合面(miàn)處粘貼帶背膠的铍青銅，由于具有的彈性，裝配後(hòu)變形，接觸面(miàn)産生的壓力，使接合面(miàn)具有了的電氣連續性。

2.3 機箱内部各單元布局及其屏蔽

合理布置設備内各單元及元器件的位置，可以做到既經(jīng)濟又實用地減小幹擾程度。首先必須明确幹擾源和受感器，在本設備中幹擾源是控制保護器，敏感設備是數字電流表和電壓表，爲了避免二者緊鄰，把它們分别放置于機箱的後(hòu)部和前部，用空間距離減弱彼此的電磁幹擾。爲了達到更有效的屏蔽效果，又在電流、電壓表的表體外圍罩有屏蔽盒，表頭緊貼前面(miàn)闆的屏蔽玻璃，玻璃的絲網毛邊通過(guò)螺裝金屬外框將(jiāng)它和機箱、屏蔽盒聯成(chéng)一體，從而使表體完全處于電氣連續的金屬罩中（ 如 圖1 所示） ，而電流、電壓表引線則由裝在屏蔽盒上的穿心電容引入，這(zhè)樣(yàng)使引線所感應的幹擾信号被(bèi)旁路接地。同樣(yàng)控制保護器也用屏蔽盒對(duì)其進(jìn)行了屏蔽，進(jìn)一步減小了它對(duì)外的輻射能(néng)量，從而獲得較好(hǎo)的屏蔽效果。

2.4 電纜選用及敷設

因爲電纜是的電磁波接收和輻射天線，也是幹擾傳導的良好(hǎo)通道(dào)，絕大多數設備的電磁兼容問題是電纜造成(chéng)的，解決電纜問題的主要方法之一是對(duì)電纜進(jìn)行屏蔽，所以此設備選取了屏蔽層質量好(hǎo)（ 低阻抗） 的電纜，并且保證電纜屏蔽層與機箱360.。低阻抗搭接，使屏蔽層與機箱構成(chéng)一個完整的屏蔽體，這(zhè)樣(yàng)在程度上能(néng)夠解決電纜輻射的問題。與此同時，在電裝布線時，要求電源配電線路與其它各類線路保持150mm 距離，敏感電路和幹擾電路各自單獨敷設，不能(néng)交叉重疊，且加大線束的間距，避免線纜間的耦合。

2.5 電源線濾波

爲了抑制電源輸入端高頻幹擾信号對(duì)本系統的影響，加裝了EMC 電源線濾波器。濾波器不同于其他電子元器件，它的性能(néng)與其安裝方式有很大關系，所以在濾波器的安裝方式上采取了一系列措施。如圖2 所示，首先濾波器輸入與輸出線要遠離，以避免由于兩(liǎng)端耦合而導緻高頻濾波效果變差等現象産生; 其次濾波器外殼與機箱低阻抗接觸，同時要減短電源端口到濾波器的連線，當電流進(jìn)入機箱後(hòu)，先流經(jīng)濾波器進(jìn)行濾波，然後(hòu)再到其他各單元; 最後(hòu)電源端口與濾波器之間連線也要進(jìn)行屏蔽，這(zhè)樣(yàng)外界的電磁幹擾不能(néng)沿電源線進(jìn)入設備，機箱内的電磁幹擾也無法傳出機箱，造成(chéng)幹擾發(fā)射超标。

圖2 電源濾波器安裝方式

2.6 接地

接地是電子設備的一個很重要的問題，它可以使整個電路系統中所有單元電路的地之間沒(méi)有電位差，保證設備能(néng)穩定地工作。

此車載設備的後(hòu)面(miàn)闆上安裝有接地柱，即機殼地。機殼地可以使由于靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過(guò)大地洩放，避免由于靜電放電時産生的大電流流進(jìn)設備的電路對(duì)其造成(chéng)幹擾和危害，合理的接地點對(duì)于整個機箱的屏蔽效能(néng)十分重要。

3 測試結果及完善措施

此車載設備在采取了以上電磁兼容措施後(hòu)，按GJB151A- 97 有關的電磁兼容指标要求進(jìn)行測試，發(fā)現除了RE102 試驗項目超标外，其餘各項指标均合格。

對(duì)RE102 試驗項目進(jìn)行觀察，發(fā)現測試結果圖的超标點爲24 MHz、36 MHz 兩(liǎng)點，而這(zhè)兩(liǎng)點分别是12 MHz 頻率點的二三次諧波。爲了找到這(zhè)一頻率點的元器件，對(duì)機箱内各單元進(jìn)行了分析，發(fā)現控制保護單元中有一個12MHz 晶振，由于晶振屬于高噪聲元器件，能(néng)夠産生較強的輻射，從而使其周邊充滿著(zhe)近場輻射場。如果輻射場内有器件或走線，晶振及其諧波信号將(jiāng)耦合到器件或走線上而輻射出去;再者又發(fā)現控制保護單元的PCB 闆未采取就(jiù)近接地措施，隻是通過(guò)一根長(cháng)引線和機殼地相連，造成(chéng)信号的環路面(miàn)積增大，産生了很強的輻射，所以對(duì)控制保護單元采取措施應該是行之有效的。首先對(duì)晶振進(jìn)行屏蔽且屏蔽體就(jiù)近接地，弱化輻射發(fā)射強度; 然後(hòu)控制保護單元的PCB 闆同樣(yàng)采取就(jiù)近接地措施，并且在屏蔽盒出口處的信号線上安裝一個鐵氧體磁環，可以將(jiāng)不需要的高頻幹擾抑制掉。通過(guò)采取以上措施後(hòu)，RE102 試驗指标合格，如圖3 所示。

圖3 測試結果圖