陕西烽火通信技术有限公司 王剑锋
泰派斯特科技发展有限公司 李慧祥

关键词：干扰耦合 电磁干扰 屏蔽 接地 去耦电路

    现代军事电子装备日益复杂，其电磁兼容设计在装备中的作用越来越重要。当一个系统的多个元件或设备在同一环境中工作时，就会产生电磁干扰，并且元件和设备越多，电磁干扰的机率越大，即使看起来很小的电磁干扰，也会造成严重的事故或是可靠度变差。尤其是军用电子设备，其频带日益加宽、功率逐渐加大，灵敏度逐步提高，联机设备电路越来越复杂。加强电磁兼容设计对军用设备的可靠工作是很重要的。
在设计阶段，对潜在的电磁干扰采取的措施要比在设备使用后再补救所花费的成本小得多。在系统的设计过程中，从各种部件的线路设计到整机设计，我们充分应用现有的电磁干扰的成熟技术，取得良好的结果。本系统的设计包括元器件选择、电源电路处理、元器件的布置、印刷电路板的设计及系统与外部设备的EMC设计等，我们充分利用电子电路抗电磁干扰的实用技术，基本上消除了设备之间各种部件的电磁干扰，使各种部件能较好地实现电磁兼容，提高了部件间的可靠性。

一 常见的干扰耦合方式有以下几种：
1．直接耦合方式：干扰噪声经过电源线直接耦合进入计算机系统。
2．公共阻抗耦合方式：发生在两个电路的电源流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路。
3．静电耦合方式：通过分布电容产生了附加的噪声电压。
4．磁场耦合方式：大功率设备、强电流导线周围空间都会产生磁场，交变磁场会在信号回路内产生叠加噪声电压。
干扰形成后，若不能有效克服，系统将无法正常工作。因此，设计的系统抗干扰能力的强弱是系统能否有效可靠的工作的关键。

二 抗电磁干扰措施
    实现了各部件内部的电磁兼容之后，设备间的电磁兼容问题同样十分重要。一方面，要防止其他干扰源或设备对本设备的电磁干扰，另一方面又要消除本设备对其它设备的电磁影响。在设计过程中，我们考虑到设备对外部的适应性，主要采取以下措施：机壳采用金属铝件，机壳的金属部分良好接地，具有防护电磁干扰的作用；接地，为了保证各个组件地线的接线端子之间连接的长期可靠性，采用了铜制镀锡的接线片，同时，将接线片用螺钉固定在机座上，保证长期接地良好，并对整个组件进行防潮处理；按键面板通过铜质导线与机壳接触良好，防止外界电磁波干扰设备的正常工作；电源滤波和退耦，在电源的输出端并接高低频滤波电容器，防止电源高低频噪声对元器件的影响。
2.1 屏蔽与接地技术：
屏蔽与接地是提高系统抗干扰能力，抑制噪声的重要手段。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间与电场、磁场或电磁场的耦合通道隔离。良好的屏蔽是和接地紧密相连的。接地又分为安全接地，工作接地和屏蔽接地三类。
2.1.1 安全接地：设备金属外壳等的接地。它可起到安全的作用并可抑制变化电场的干扰。
2.1.2 工作接地：信号回路的基准电位点。它为系统的各部分提供稳定的基准电位。对这种接地的要求是尽量减少接地回路中的公共阻抗压降，以减少系统中干扰信号的公共阻抗耦合。
2.1.3 屏蔽接地：电缆、变压器等屏蔽层的接地。
① 信号电缆屏蔽层接地：最佳选择是在信号源侧单点接地，这样既可以抑制共模干扰，也可以抑制静电感应引起的干扰。
② 双绞线接地：双绞线中一根为信号线，另一根为屏蔽线，它应两端接地，这样可防止电磁干扰。
③ 变压器屏蔽层接地：良好的屏蔽层接地可充分抑制静电感应和电磁感应的干扰。
在系统中，通常是把数字和模拟电路的工作地浮空，而设备外壳采用屏蔽接地，这样既安全，又提高了系统的抗干扰性能。
    根据不同的电源电压、数字和模拟、高速和低速、大电流和小电流(他们都是不相容的)来分别设置地线，其目的是为了防止共地线阻抗耦合干扰。接地引线具有一定的阻抗并且构成电器回路，不管单点接地还是多点接地，都必须构成低阻抗回路进入真正的地。由于工业现场中通常采用1点接地法，即电源和地各有1个接点。所谓数字地、模拟地分开是指布线时分开，而最后都回到这个接地点上，有些双面板和多层印制板用1个面作为地线层，分地后各种地还应当在适当的位置连接起来，保证整个地层的连续性。
2.2 电源线的布置
电源线布置应与地线结合起来考虑，以便构成特性阻抗尽可能小的供电线路。单面板和双面板的供电线路是由印制板的轨线组成的。为了减少特性阻抗，电源线和地线应该尽可能粗，并且相互靠近，供电环路面积减小到最低程度，不同的电源供电环路不要相互重叠。对于多层板，采用电源层－底层结构供电，这种结构的特性比轨线小得多，可以小于1Ω。这种结构具有一定的电容，不必在每个集成电路旁加高频去耦电容器，集成电路的电源脚和地脚可以通过金属化通孔直接与电源层和地层连接，所以供电环路是最小的。与轨线对供电相比较，电源层－底层结构具有布置简单灵活、电磁兼容好的优点。
电源线、信号线和地线尽可能粗，尽量采用大面积接地，同时避免用地线做信号线回线。
2.2.1去耦电路：
数字电路信号电平转换过程中会产生很大的冲击电流，并在传输线和供电电源内阻上产生较大的压降，形成严重干扰。为了抑制这种干扰，在电路中要配置去耦电容，即在门电路的电源端与地线端加接电容，它一方面提供吸收该集成电路开关门瞬间的充放电能量，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。去耦电容的取值范围一般在0.1~0.01μF之间，选用独石电容。在设计印制板时，原则上每块集成电路都应有去耦电容，且必须直接跨接在芯片的电源和地之间，保证随时充放电。
2.2.2隔离技术：
常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离和变压器隔离三种。
光电隔离：它由光电耦合器来实现的。由于光电耦合器的输入阻抗很低，输入/输出间的电容很小，绝缘电阻很大，且以光为媒介进行间接耦合，因此具有很高的电气隔离和抗干扰能力。常用电路见图1所示。

图1：光电耦合电路
    继电器隔离：利用继电器的线圈与触点之间没有电气联系的特点，在信号通道里加接继电器可实现强弱电之间的抗干扰隔离。
变压器隔离：脉冲变压器的初级和次级绕组分别缠绕在铁氧体磁芯的两侧，分布电容仅几PF，可作为脉冲信号的隔离器件。初级和次级绕组分别连接信号的输入和输出。
2.3. 信号线的布置
    信号线应相互隔离，目的是避免相互之间产生耦合干扰。不同的信号线应相互隔离，频率相近的不要平行走线；分布在不同层上的信号线走向应互相垂直，这样可以减少线间电场和磁场耦合干扰；高速信号线特别是时钟线要尽可能短，必要时可在高速信号线两边加隔离地线，隔离地线两端与地层相连接；信号线的布置最好根据信号线的走向安排。石英晶体下面和对噪声特别敏感的器件下面不要走线。对于A/D类器件，数字部分和模拟部分宁可绕一下也不要交叉。时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。尽量减少信号环路的面积，以减少环路的差模电流辐射。在电流强度确定的情况下，为了减少环路辐射，必须减少环路面积。在单层板和双面板中布置地线要采用井字形网状结构，在多层板中信号线不要跨越地层上的隔缝，其目的都是为了减少信号的环路面积。
    在信号传输中，由于各种因素的影响，在信号上往往会叠加很多干扰噪声而妨碍系统正常工作。加入滤波器就是使有用信号频率能有效通过，而抑制噪声频率的通过。根据信号的频谱特性，可将滤波器设计为低通、高通、带通和带阻4种。根据滤波器的结构可分为无源滤波器和有源滤波器两类。
在硬件抗干扰技术中，合理地加入滤波器及精心设计它的参数是非常重要的。
三 结束语
    以上从硬件和布线两方面介绍了多种抗干扰措施。但由于干扰产生的原因是多种多样的，干扰的强弱、影响的程度是千差万别的。而在实践中解决各种干扰的方法也是举不胜举。本文仅作抛砖引玉之举