北华航天工业学院毕业论文
5.1.3 电容性耦合与电感性耦合的综合考虑
磁场与电场间的干扰有区别。第一，减小受干扰电路的负载阻抗未必能使磁场干扰的情况有所改善；而对于电场干扰的情况，减小受干扰电路的负载阻抗可以改善干扰的情况。第二，磁场干扰中，电感耦合电压串联在被干扰导体中，而电场干扰中，电容耦合电流并联在导体与地之间。利用这一特点，可以分辨干扰是电感耦合还是电容耦合。
5.2 辐射耦合
电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。
电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。处于空间中的传输线（输入线、输出线、和控制线），既能辐射干扰波又能接收干扰波，这种现象称为天线效应。当传输线的长度大于或等于空间中信号频率的四分之一波长时，天线效应尤其明显。
电磁兼容的理论和技术就是围绕干扰源、干扰传播途径（或传输通道）和敏感设备，研究电磁干扰源产生的机理及抑制干扰源的措施，寻找削弱传播干扰能量的方法和提高敏感设备抵抗能力的技术，从而达到控制干扰发生的目的。
5.3 干扰耦合的抑制措施
5.3.1 电容性耦合干扰的抑制措施
1. 两系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小，使导线尽量短，线间距离尽量大，并尽量避免平行走线；
2. 对干扰源和被干扰者进行电屏蔽；
3. 如果干扰源和干扰对象的基准点电路上是相互独立的，则可采用平衡措施来消除电容性干扰。
5.3.2 电感性耦合干扰的抑制措施
1. 两个系统的电感耦合，主要是导线和电缆间磁耦合。使线间距离尽量大，导线尽量短，避免平行走线并设法缩小电流回路所为成的面积使互感尽量的小；
2. 被干扰的导线环在干扰场中的放置方位应使它对干扰磁场切割的磁力线最小，因而所耦合的干扰信号也最小；
3. 将一个电流的回路线间绕成极性交错的若干局部耦合环，使之沿导线长度方向的符号交变的局部耦合信号彼此相抵消；
23
北华航天工业学院毕业论文
4. 对干扰对象或干扰源进行磁屏蔽。
5.3.2 辐射干扰耦合的抑制措施
1. 对辐射干扰最有效的抑制方法是电磁屏蔽；
2. 为了降低平衡双导线上的辐射性异模干扰，可采取如下措施：减小两传输导线之间的距离，以绞线代替平行双导线，在导线上加上单层、双层甚至三层网状屏蔽层；
3. 为了降低辐射性共模干扰，应使传输线尽量靠近地面配置，减少回路面积。
5.4 小结
本章主要介绍了耦合技术的耦合类型，并根据各种耦合的技术特点，提出了一系列的耦合干扰抑制措施。
24
北华航天工业学院毕业论文
第6章 线路板的设计
6.1 元器件的选择
元件的选择和电路设计是影响板级电磁兼容性性能的主要因素。每一种电子元件都有它各自的特性，因此，要求在设计时仔细考虑。下面将讨论一些常见的用来减少或抑制电磁兼容性的电子元件和电路设计技术。
元件组
有两种基本的电子元件组：有引脚的和无引脚的元件。有引脚线元件有寄生效果，尤其在高频时。该引脚形成了一个小电感，大约是1nH/mm/引脚。引脚的末端也能产生一个小电容性的效应，大约有4pF。因此，引脚的长度
应尽可能的短。与有引脚的元件相比，无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。其典型值为：0.5nH的寄生电感和约0.3pF的终端电容。从电磁兼容性的观点看，表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。
（1）电阻
由于表面贴装元件具有低寄生参数的特点，因此，表面贴装电阻总是优于有引脚电阻。对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕电阻。
由于在相对低的工作频率下（约MHz数量级），金属膜电阻是主要的寄生元件，因此其适合用于高功率密度或和高准确度的电路中。线绕电阻有很强的电感特性，因此在对频率敏感的应用中不能用它。它最适合用在大功率处理的电路中。
在放大器的设计中，电阻的选择非常重要。在高频环境下，电阻的阻抗会因为电阻的电感效应而增加。因此，增益控制电阻的位置应该尽可能的靠近放大器电路以减少电路板的电感。
在上拉/下拉电阻的电路中，晶体管或集成电路的快速切换会增加上升时间。为了减小这个影响，所有的偏置电阻必须尽可能靠近有源器件及他的电源和地，从而减少PCB连线的电感。在稳压（整流）或参考电路中，直流偏置电阻应尽可能地靠近有源器件以减轻去耦效应（即改善瞬态响应时间）。
在RC滤波网络中，线绕电阻的寄生电感很容易引起本机振荡，所以必须考虑由电阻引起的电感效应。
（2）电容
由于电容种类繁多，性能各异，选择合适的电容并不容易。但是电容的使用可以解决许多EMC问题。接下来的几小节将描述几种最常见的电容类型、性能及使用方法。铝质电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，这样可在单位体积内得到较大的电容值，但也使得该部分的内部感抗增加。钽电容由一块带直板和引脚连接点的绝缘体制成，其内部感抗低于铝电解电容。陶质电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含多个平行的金属片。其主要寄生为片结构的感抗，并且通常这将在低于MHz的区域造成阻抗。绝缘材料的不同频响特性意味着一种类型的电容会比另一种更适合于某种应用场合。铝电解
25
北华航天工业学院毕业论文
电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。在中频范围内（从KHz到MHz），陶质电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。特殊的低损耗（通常价格比较昂贵）陶质电容和云母电容适合于甚高频应用和微波电路。为得到最好的EMC特性，电容具有低的 ESR（Equivalent Series Resistance，等效串联电阻） 值是很重要的，因为它会对信号造成大的衰减，特别是在应用频率接近电容谐振频率的场合。
a. 旁路电容
旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求，一般在10至470μF范围内。若PCB板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量的电容。
b. 去耦电容
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助滤除高频噪声。去耦电容的取值大约是旁路电容的1/100到1/1000。为了得到更好的EMC特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC），因为布线阻抗将减小去耦电容的效力。陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快信号的上升时间和下降时间。例如，对一个33MHz的时钟信号，可使用4.7nF到100nF的电容；对一个100MHz时钟信号，可使用10nF的电容。选择去耦电容时，除了考虑电容值外，ESR值也会影响去耦能力。为了去耦，应该选择ESR值低于1欧姆的电容。
（3）电感
电感是一种可以将磁场和电场联系起来的元件，其固有的、可以与磁场互相作用的能力使其潜在地比其他元件更为敏感。和电容类似，聪明地使用电感也能解决许多EMC问题。下面是两种基本类型的电感：开环和闭环。它们的不同在于内部的磁场环。在开环设计中，磁场通过空气闭合；而闭环设计中，磁场通过磁芯完成磁路。如图6-1所示：
图6-1 电感中的磁场
电感比起电容和电阻而言的一个优点是它没有寄生感抗，因此其表面贴装类型和引线类型没有什么差别。开环电感的磁场穿过空气，这将引起辐射并带来电磁干扰（EMI）
26
北华航天工业学院毕业论文
问题。在选择开环电感时，绕轴式比棒式或螺线管式更好，因为这样磁场将被控制在磁芯（即磁体内的局部磁场）。
对闭环电感来说，磁场被完全控制在磁心，因此在电路设计中这种类型的电感更理想，当然它们也比较昂贵。螺旋环状的闭环电感的一个优点是：它不仅将磁环控制在磁心，还可以自行消除所有外来的附带场辐射。电感的磁芯材料主要有两种类型：铁和铁氧体。铁磁芯电感用于低频场合（几十KHz），而铁氧体磁芯电感用于高频场合（到MHz）。因此铁氧体磁芯电感更适合于EMC应用。
在EMC应用中特别使用了两种特殊的电感类型：铁氧体磁珠和铁氧体磁夹。 铁和铁氧体可作电感磁芯骨架。铁芯电感常应用于低频场合（几十KHz），而铁氧体芯电感常应用于高频场合（MHz）。所以铁氧芯感应体更适合于EMC应用。在EMC的特殊应用中，有两类特殊的电感：铁氧体磁珠和铁氧体夹。铁氧体磁珠是单环电感，通常单股导线穿过铁氧体型材而形成单环。这种器件在高频范围的衰减为10dB，而直流的衰减量很小。类似铁氧体磁珠，铁氧体夹在高达MHz的频率范围内的共模（CM）和差模（DM）的衰减均可达到10dB至20dB。
在DC/DC变换中，电感必须能够承受高饱和电流，并且辐射小。线轴式电感具有满足该应用要求的特性。在低阻抗的电源和高阻抗的数字电路之间，需要LC滤波器，以保证电源电路的阻抗匹配。如图6-2所示：
图6-2 LC滤波器
（4）二极管
二极管是最简单的半导体器件。由于其独特的特性，某些二极管有助于解决并防止与EMC相关的一些问题。
许多电路为感性负载，在高速开关电流的作用下，系统中产生瞬态尖峰电流。二极管是抑制尖峰电压噪声源的最有效的器件之一。下面举例说明用二极管实现尖峰抑制。
图6-3 继电器瞬时尖峰抑制
如图6-3所示，控制终端开/关线圈，线圈中的开关尖峰脉冲将耦合并辐射到电路的其它部分。二极管D1能嵌位电压的波动。
27