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第七章:电磁兼容性设计7.2电磁兼容设计的基本参数7.3电磁兼容设计的内容7.1电磁兼容性设计概论7.4电磁兼容设计的实施第七章:电磁兼容性设计•电磁兼容性设计的目的：使电子设备或系统在预期的电磁环境中能正常工作、无性能降低或故障，并对电磁环境中的任何事物不构成电磁干扰，实现电磁兼容性。•电磁兼容设计分为：电路组件级设计；设备级设计；分系统级设计；系统级设计；系统间级设计。7.1电磁兼容性设计概论第七章:电磁兼容性设计系统内电磁兼容设计电路与元件系统内电磁兼容设计布线接地屏蔽滤波系统内电磁兼容设计电源线信号线吸收式反射式铁氧体材料厚度衬垫机箱屏蔽室通风板I/O芯片SMD电路印制板搭接机箱屏蔽室电源地信号地印制板电缆互连线连接器第七章:电磁兼容性设计系统内电磁兼容设计频率管理系统间电磁兼容设计时间管理空间管理系统间电磁兼容设计分配与指派调制滤波脉冲波型间隔距离方位与仰角地形隔离时间共享脉冲同步时间分离时间/距离选通预选器位置隔离极化隔离第七章:电磁兼容性设计第七章:电磁兼容性设计敏感度阈值7.2电磁兼容性设计的基本参数敏感度门限电平值电磁干扰值电磁兼容性设计的基本参数包括：电磁发射限值失效干扰电平电磁兼容安全系数费效比第七章:电磁兼容性设计1.敏感度阈值敏感度阈值是设备或系统不能正常工作的干扰临界值。敏感度阈值是进行电磁兼容性设计时，决定折中选择，确定干扰极限值的基本出发点。保守设计：考虑最恶劣的电磁环境、最敏感的频段或频点、最小起作用干扰电平概率设计：在一定置信度下，电磁干扰电平的概率敏感度阈值越高，设备或系统抗电磁干扰能力越强。敏感度阈值f骚扰电平第七章:电磁兼容性设计2.敏感度门限值敏感设备受电磁干扰所呈现的不希望响应的最小电平敏感门限是进行电磁兼容性设计时，确定干扰允许值的基本出发点。敏感门限越大设备或系统抗电磁干扰能力越强。敏感度阈值敏感度限值f骚扰电平第七章:电磁兼容性设计3.电磁干扰值发射限值敏感度阈值敏感度限值电磁干扰值f骚扰电平设备或系统在电磁环境中感受到的骚扰信号电平值。电磁干扰值小于敏感度门限值时，设备或系统能正常工作。4.电磁发射限值允许设备或系统在工作时对周围环境的电磁发射电平值电磁发射限值包括辐射发射和传导发射规定电磁发射限值是控制电磁干扰源、保护电磁环境、实现电磁兼容性的有力措施。第七章:电磁兼容性设计5、电磁兼容性安全系数（安全裕度）MM＝PS－PIPS（dB）——设备或系统的敏感门限值电平M（dB）——安全系数PI（dB）——设备或系统实际接收的干扰电平敏感度阈值敏感度限值电磁干扰值发射限值f骚扰电平衡量设备或系统所具有的电磁兼容性宽余程度当PSPI时，M0——设备或系统处于不兼容状态当PSPI时，M0——设备或系统处于兼容状态当PS=PI时，M=0——设备或系统处于兼容的临界状态第七章:电磁兼容性设计M的值越大，兼容性越好电磁兼容工程上对M的值的要求：一般设备：M≥3dB易燃易爆的燃油或军械设备：M≥20dB影响安全或重要技术指标的设备或系统：M≥6dB6、失效干扰电平设备或系统不允许接受的电磁干扰电平。当不允许的电磁干扰电平进入设备或系统后，会使设备或系统的电路或元件产生永久性恶化或永久性失效。第七章:电磁兼容性设计投资费用与EMC设计的有效性之比。7.费效比费效比设计不正确正确进展时间研制投产第七章:电磁兼容性设计7.3电磁兼容性设计的内容（1）制定电磁兼容大纲，规划各种电磁兼容计划，协调各种技术参数；电磁兼容设计的具体内容包括（2）选用分析适用的标准与规范，对标准中的各项要求进行分析和选择，必要时进行修改、删减或补充，以达到最佳费效比；（3）分析设备或系统所处的电磁环境和提出电磁兼容性要求；电磁兼容设计的基本方法是指标分配和功能分快设计，按照要实现的功能和电磁兼容指标进行电磁兼容设计。第七章:电磁兼容性设计（4）确定频谱要求，协调频率配置，合理分配各分系统的工作频率与功率、波形与极化特性、工作方式等指标，消除可能的干扰；（5）拟定电磁干扰控制计划，采取合理的干扰抑制和防护技术；（6）拟定电磁兼容性分析预测方案，进行电磁兼容性分析与预测；（7）制定电磁兼容性试验要求和试验计划;(8)进行系统总体电磁兼容性评估。第七章:电磁兼容性设计7.4电磁兼容性设计的实施电磁兼容性设计通常分为四个阶段论证阶段定型阶段工程研制阶段方案阶段第七章:电磁兼容性设计1.论证阶段分析预期的电磁环境，确定电磁环境电平提出在预期的电磁环境中的EMC技术指标要求分析费效比电磁环境是指各种电磁干扰源在不同频率范围内功率或场强随时间分布的电磁作用状态的总和。为获得对于系统预定工作电磁环境的剖析，必须进行电磁环境分析。第七章:电磁兼容性设计电磁环境分析的内容（2）制定电磁功率密度或场强的频谱关系曲线，以说明在指定频率范围内可能产生的干扰；（3）估计最恶劣的电磁环境电平，计算干扰电平不超过某一允许值的区域范围；（4）分析综合电磁环境电平的危害等级、区分导致系统性能降级的电磁环境电平与造成系统失效的电磁环境电平。(1)分析干扰源的空间、频率、时间以及极化关系等特性第七章:电磁兼容性设计2.方案阶段制定EMC大纲确定频谱要求制定EMC控制计划选用和剪裁适用的标准确定试验要求、制定试验计划确定系统、分系统和设备的EMC要求第七章:电磁兼容性设计EMC大纲是EMC设计的技术文件中最高级的管理文件。（1）规定系统的电磁兼容性要求，（2）选取的电磁兼容标准与规范，（3）说明为达到所提出的EMC技术要求而采用的总体途径、规划和设计准则，（4）制定电磁兼容控制计划及试验计划。EMC大纲的内容返回第七章:电磁兼容性设计a．频道的需要量；b．可用频道的数量；c．发射机的工作方式与覆盖范围、信号的调制方式与带宽；d．发射机功率、天线的覆盖范围及工作时间和地点；e．接收机的特性；f．最低限度的地理间隔。a．所指配的频率必须符合国际和国家的有关规定，并在规定的频段、规定的业务范围内指配频率；影响频率指配的因素频率指配的原则第七章:电磁兼容性设计d．避免同频干扰、邻频道干扰、中频干扰、镜像干扰以及互调干扰，必须对所指配的频率进行电磁干扰分析预测，并根据要求确定干扰裕量及保护比；返回c．注意避开有关保护频率以及常规无线电广播、电视等频率及其谐波的影响；b．不得对本频段同一种业务的其它台站造成干扰，不得对本频段的主要业务产生干扰；e．必须考虑发射功率、谐波与乱真电平、占有带宽、定向发射时天线方向图特性等。第七章:电磁兼容性设计a．指导、执行承制单位的电磁兼容性大纲人员的职责和权力；b．系统电磁兼容性要求和电磁兼容性资源配置；c．确保分系统和设备均符合GJB151和GJB152的要求d．预计问题范围，对GJB151和GJB152尚不能解决的问题，提出解决的方法；e．系统天线产生的辐射特性，包含基波和杂散能量以及天线间的耦合；EMC控制计划是具体的技术文件，目的在于说明如何实现EMC指标要求。EMC控制计划包括以下内容：第七章:电磁兼容性设计f．系统、分系统或设备必须的特殊要求、试验方法和限制；g．电磁兼容性要求的设计更改方法；h．进行设计审查和供、需双方进行协调的方法；i．在方案论证、设计和实施阶段应用的干扰控制规范和标准；j．建议给予电磁兼容性技术组的权限和工作细则；k．各分系统或设备的关键类别，降级准则和必要的安全系数；l．频谱利用方案规定措施，包括发射机频率控制、接收机带宽控制、谐波的带宽控制、边带、信号波形以及脉冲上升时间等。返回第七章:电磁兼容性设计a．指定选用的EMC标准和应执行的相关技术文件，系统工程中对选用标准进行适当剪裁的具体内容在技术文件中注明；b．设备和分系统级EMC测试验收要求；c．关键设备列表和无线收发设备列表；d．EMC测试保证条件；e．EMC测试目的、要求及具体内容；试验计划的内容包括试验场地、试验测试设备、被测试对象的状态、试验项目、试验方法与步骤、试验报告等。EMC试验大纲包含以下内容：第七章:电磁兼容性设计f．测试设备配置要求，被测系统的布局和参试工作模式的确定；g．EMC测试过程中发生不正常响应的判别准则；h．EMC试验内容和方法；i．测试数据分析和测试报告要求。第七章:电磁兼容性设计a．试验前的准备工作：包括试验场地、测试设备以及一些与EMC测试有关的辅助设备的硬件到位，与EMC测试有关的技术文件准备齐全，被测系统与其环境界面的事先确定等；b．测试系统的自校准：包括试验场地的背景噪声测试，辐射扰场强校准；c．试验项目；d．试验步骤；f．数据采集要求和测试数据处理；g．根据标准出具测试报告；EMC试验细则是具体的测试技术文件，内容包括：返回第七章:电磁兼容性设计3.研制阶段4.定型阶段实施EMC控制计划进行模拟试验、改进和完善EMC设计综合分析评估总体电磁兼容性进行总体EMC鉴定试验审核EMC文件的完备性、提交EMC综合评价报告对频谱利用进行全面审核第七章:电磁兼容性设计7.5印制电路板(PCB)的EMC技术•PCB设计的原则：①电气连接的准确性；②电路板的可测试性；③可靠性和环境适应性；④工艺性(可制造性)；⑤经济性等。•PCB设计的步骤：原理图设计、布局、布线和优化。•设计信息：器件、电源、信号线、时钟线、速率、布局第七章:电磁兼容性设计印制电路板布线基础第七章:电磁兼容性设计PCB的分区•结构逻辑分区•物理分区•电气分区第七章:电磁兼容性设计第七章:电磁兼容性设计混合信号PCB的分区设计在进行PCB设计时，对电磁兼容有两个基本要求：(1)可能减小电流环路的面积。(2)系统只采用一个参考地。•将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。•采用合适的元器件布局。•A／D转换器要跨分区放置。•不要对地进行分割。•在电路板的模拟部分和数字部分下面敷设统一地。•在电路板的所有层中，数字信号只能在电路板的数字部分布线，模拟信号只能在PCB的模拟部分布线。•实现模拟和数字电源分割。•布线不能跨越分割电源面之间的间隙，必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。•认真分析回流路径和回流方式。•采用正确的布线规则。第七章:电磁兼容性设计PCB分层设计PCB分层设计的一般原则：•信号层，特别是高速信号层一定要紧贴平面层，最好是紧贴地平面层。•阻抗要求不严格的信号线可走微带线，重要信号线一定要走带状线，对于时钟、复位、敏感信号线，最好用两个地平面包围起来。•主电源平面(PCB上功率最大的那个电源)之下。•关键信号层要有地平面相邻。•关键的主电源有一对应地平面相邻回流。•次要的布线层需要有地或电源层作回流。•一般情况下，第二层与倒数第二层为完整地平面。•对于多层板，关键布线层应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。•多电源情况下，不可能每种电源一层，但要尽可能减少不同电压电源层的相互覆盖。第七章:电磁兼容性设计第七章:电磁兼容性设计双层板第七章:电磁兼容性设计四层板(1)第一层(元件面)：信号和时钟层；(2)第二层：地线层；(3)第三层：电源板；(4)第四层(焊锡面)信号和时钟层。第七章:电磁兼容性设计第一层：(元件面)信号布线层(微带传输线)；第二层：接地层；第三层：信号布线层(带状线)；第四层：信号布线层(带状线)；第五层：电源层；第六层：(焊锡面)信号布线层(微带传输线)。六层板（布局1）常用于时钟信号，高频器件第七章:电磁兼容性设计第一层：(元件面)信号布线层(微带传输线)；第二层：内嵌式信号布线层(带状线)第三层：：地线层第四层：电源层；第五层：内嵌式信号布线层(带状线)；第六层：(焊锡面)信号布线层(微带传输线)。六层板(布局2)第七章:电磁兼容性设计第一层：(元件面)信号布线层(微带传输线)；第二层：地线层第三层：信号布线层(带状线)：第四层：电源层；第五层：电线层：第六层：(焊锡面)信号布线层(微带传输线)。六层板(布局3)第七章:电磁兼容性设计第一层：(元件面)信号布线层(微带传输线)；第二层：内嵌式信号布线层(微带传输线)；第三层：地线层：第四层：信号布线层(带状线)：