通信设备的电磁兼容性设计_基站电磁兼容性设计

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通信设备的电磁兼容性设计

李宏坚

(陕西烽火电子股份有限公司)摘要：本文从印制板设计、内部走线设计和机壳结构设计三方面，介绍了通信设备的一些电磁兼容性设计方法。

关键字：电磁兼容、印制板设计、内部走线设计、结构设计

随着电磁环境越来越复杂，通信设备的电磁兼容性要求也越来越高，在设计阶段就应该考虑其电磁兼容性，这样可以将产品在生产阶段出现电磁兼容问题的可能性减少到一个较低的程度。

一、通信设备印制板电磁兼容性设计

造成通信设备辐射超标的原因是多方面的，接口滤波不好，结构屏效低，电缆设计有缺陷都有可能导致辐射发射超标，但产生辐射的根本原因却在PCB的设计，主要关注这几个方面：

1.从减小辐射干扰的角度出发，应尽量选用多层板，内层分别作电源层、地线层，用以降低供电线路阻抗，抑制公共阻抗噪声，对信号线形成均匀的接地面，加大信号线和接地面间的分布电容，抑制其向空间辐射的能力。

2.电源线、地线、印制板走线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况下，电源线、地线、或印制板走线都会成为接收与发射干扰的小天线，降低这种干扰的方法除了加滤波电容外，更值得重视的是减小电源线、地线及其他印制板走线本身的高频阻抗，因此，各种印制板走线要短而粗，线条要均匀。

3.电源线、地线及印制导线在印制板上的排列要恰当，尽量做到短而直，以减小信号线与回线之间所形成的环路面积。

4.电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合。在PCB的不同的设计阶段所关注的问题点不同，在元器件布局阶段需要注意：

1.接口信号的滤波、防护和隔离等器件是否靠近接口连接器放置，先防护，后滤波；电源模块、滤波器、电源防护器件是否靠近电源的入口放置，尽可能保证电源的输入线最短，电源的输入输出分开，走线互不交叉；

2.晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件是否远离单板拉手条、连接器；

3.滤波电容是否靠近IC的电源管脚放置，位置、数量适当； 4.时钟电路是否靠近负载，且负载均衡放置； 5.接口滤波器件的输入、输出是否未跨分割区；除光耦、磁珠、隔离变压器、A/D、D/A等器件外，其它器件是否未跨分割区；

在PCB布线阶段需要注意：

1.电源、地的布线处理无地环路，电源及与对应地构成的回路面积小； 2.差分信号线对是否同层、等长、并行走线，保持阻抗一致，差分线间无其他走线；

3.时钟等关键信号线是否布内层（优先考虑优选布线层），并加屏蔽地线或与其他布线间距满足3W原则，关键信号走线是否未跨分割区；

4.是否无其他信号线从电源滤波器输入线下走线，滤波器等器件的输入、输出信号线是否未互相并行、交叉走线；

二、通信设备内部走线电磁兼容性设计 通信设备内部走线混乱，不仅会造成高、低电平信号之间相互干扰，也会给后期采用屏蔽、滤波、接地等补救措施带来不便，会使设计的屏蔽、滤波电路、接地措施起不到应有的作用，在规划内部走线时，需要遵循以下基本原则：

1.机箱内各种裸露走线要尽量短。2.传输不同电平信号的导线分组捆扎，数字电路和模拟电路信号线应分组捆扎，并保持适当距离，减少导线相互影响。

3.对产品中用来传递信号的扁平电缆，应采用地-信号-地-信号-地排列的方式，这样可以有效抑制干扰，增强其抗干扰能力。

4.将低频进线和回线绞合在一起，形成双绞线，减少电磁干扰，如电源线。5.对确定的辐射干扰较大或敏感的导线要加屏蔽措施。

6.屏蔽电缆进出屏蔽体必须保证屏蔽层与屏蔽体之间可靠搭接，一般要求360°环接，并提供足够低的搭接阻抗。

7.非屏蔽电缆原则上禁止直接从屏蔽体中出线。特殊情况下允许直接出线，但是要求屏蔽体内侧（或者外侧）电缆的长度不得越过80mm，注意这个尺寸包括PCB上面的走线，如果有滤波电路，指滤波电路与屏蔽体之间的电缆长度。

8.屏蔽电缆还有一种特殊应用场合，有时系统规定其屏蔽层不得与屏蔽体（实际上就是PGND）连接，典型的例子是同轴电缆。这时的屏蔽电缆可以按照非屏蔽电缆处理（在屏蔽体一侧的长度不得超过80mm），或者采用双层屏蔽电缆。

三、通信设备机壳结构的电磁兼容性设计

通信设备的金属机壳是良好的屏蔽体，但实际上，由于屏蔽体上面不可避免地存在各种缝隙、开孔以及进出电缆等各种缺陷，这些缺陷将对屏蔽体的屏蔽效能有急剧的劣化作用，真正决定实际屏蔽体的屏蔽效能的因素是各种电气不连续缺陷，包括缝隙、开孔、电缆穿透等。

1.机壳接缝

主要为通信设备的壳体与安装盖板之间的接缝，该类缝虽然面积不大，但其最大线度尺寸即缝长却非常大，由于维修、开启等限制，致使该类缝成为电子设备中屏蔽难度最大的一类孔缝，采用导电衬垫等特殊屏蔽材料可以有效地抑制电磁泄漏。该类孔缝屏蔽设计的关键在于：合理地选择导电衬垫材料并进行适当的变形控制。

2.通风孔

该类孔面积和最大线度尺寸较大，通风孔设计的关键在于通风部件的选择与装配结构的设计。在满足通风性能的条件下，应尽可能选用屏效较高的屏蔽通风部件，如在风扇的风道口增加与机壳连接，具有一定深度蜂窝状铜网等。

3.观察孔与显示孔

该类型孔面积和最大线度尺寸较大，其设计的关键在于屏蔽透光材料的选择与装配结构的设计。

4.连接器与机箱的接缝

这类缝的面积与最大线度尺寸均不大，但由于在高频时导致连接器与机箱的接触阻抗急剧增大，从而使得屏蔽电缆的共模传导发射变大，往往导致整个设备的辐射发射出现超标，为此应采用导电橡胶等连接器导电衬垫。

电磁兼容是一个整机性能指标，它与PCB设计、设备内部走线设计、结构设计的好坏有着密切的关系。在设计一个新产品时,一开始就必须考虑到电磁兼容问题，如果忽视了这一问题,到新产品定型时，干扰问题会暴露出来，因此及早地解决电磁干扰问题不仅是行之有效的,而且会大大降低产品成本。

参考文献：

1、电磁兼容的印制板电路设计，（美）Mark I，Montrose著，吕英华 于学平 张金玲译，机械工业出版社，2008；

2、产品设计中的EMC技术，（英）威廉姆斯著，李迪 王培清译，电子工业出版社，2004；

3、电磁兼容设计与整改对策及案例分析，朱文立著，电子工业出版社，2012。