嵌入式系統的電磁兼容性設計

　　在高頻數字系統中，當電路1工作時，會在回路公共阻抗上產生高頻數字噪聲，該噪聲在電路2的回路中使地線“飄動”。不穩定的地線將嚴重降低運算放大器、模/數轉換器等電路的性能。削弱電源系統共阻抗耦合的措施主要有以下2個：
(1)降低接入阻抗
　　電源線的布線要根據電流的大小，盡量加大導線的寬度，使電源線、地線的走向與信號傳輸方向一致，減少存在噪聲的單元和其他單元之間公共電源阻抗，有助于增強抗噪聲的能力。電路板要按功能分區，各分區電路地線相互并聯，一點接地。當電路板上有多個電路單元時，應使各單元有獨立的地線回路，各單元集中一點與公共地相連。這樣各自產生的噪聲電流不會流入其他單元，避免相互串擾。
(2)使用去耦電容
　　嵌入式系統印制板上一般都有多個集成電路，其中某些高速大功率器件，地線上會出現很大的噪聲電壓。抑制噪聲的方法是在各集成器件的電源線和地線間接入去耦電容，以縮短開關電流的流通途徑，降低電阻壓降。
2．2　場干擾
　　電磁騷擾通過空間傳播實質上是騷擾能量以場的形式向四周傳播。場分為近場和遠場。近場又稱感應場，如果場源是高電壓小電流的源則近場主要是電場，如果場源是低電壓大電流的源則近場主要是磁場。無論場源是什么性質，當離場源距離大于λ/2π以后的場都變成了遠場，又稱輻射場。對于距離較遠的系統間的電磁兼容問題，一般都用遠場輻射來分析。對于系統內，特別是同一設備內的問題基本上是近場耦合問題。
2．2．1　遠場輻射
　　騷擾源向周圍空間的輻射發射需要根據天線與電波傳播理論來計算，下面主要介紹微機系統中常見的幾種輻射方式。
(1)單點輻射
單點輻射主要指各向同性的較小的騷擾源。
(2)平行雙線環路的輻射
設平行雙線環路中流有差模電流，并設線路長度l≤λ/4，其輻射應為：

其中：E為電場強度(V/m)；I為電流強度，(A)；S為環路面積(m²)，r為到發射源的距離(m)；λ為波長(m)。
　　如果印制板上有多條高頻率長軌線則可能產生嚴重的輻射。由式(3)可知減小信號環路的面積可以減小輻射，或者增加信號的最大波長，這可以通過延長信號的上升時間來實現。同樣當供電電源環路中有高頻電流流過時，電源環路也是很好的輻射源，所以應該在高頻噪聲源處加去耦電容，給噪聲一條高頻旁路，以免流人電源環路，產生輻射。
(3)單導線輻射
　　當平行雙線環路中環路面積足夠小時，其差模電流產生的輻射可以忽略，而共模電流產生的輻射將成為主要因素，稱為單導線輻射。
(4)感應
　　周圍空間的騷擾電場和磁場都會在閉合環路中產生感應電壓，從而對環路產生干擾。閉合環路產生的感應電壓于環路面積成正比，環路面積越大感應電壓越大，所以要避免外界噪聲場的干擾應盡量減小環路面積。同時還可看到頻率越高產生的感應電壓也越大，即高頻噪聲容易對環路產生干擾。
2．2．2　近場耦合
　　同一設備內各部分電路之間距離較近的相互干擾常用近場耦合的方式處理。近場條件是離騷擾源的距離小于λ/2π。近場有電場和磁場，通常把騷擾源通過電場的耦合看成是電容耦合，通過磁場的耦合看成是互感耦合。對于近場耦合主要采取屏蔽的方法來減小耦合程度。
　　(1)電場屏蔽　使用接地的金屬體包裹或隔離信號傳輸線，金屬體可以是很薄的金屬箔，但必須要有良好的接地。
　　(2)磁場屏蔽　在磁場頻率比較低時(100 kHz以下)，通常采用鐵磁性材料如鐵、硅鋼片、坡莫合金等進行磁場屏蔽。鐵磁性物質的磁導率很大，所以可把磁力線集中在其內部通過。高頻磁場屏蔽材料采用金屬良導體，例如銅、鋁等。當高頻磁場穿過金屬板時在金屬板上產生感應電動勢，由于金屬板的電導率很高，所以產生很大的渦流，渦流又產生反磁場，與穿過金屬板的原磁場相互抵消，同時又增加了金屬板周圍的原磁場。總的效果是使磁力線在金屬板四周繞行而過。

3　結語
　　本文從基本的電磁兼容原理開始，討論了嵌入式計算機系統中的電磁兼容性技術。根據多年在嵌入式系統應用開發中的經驗，力求從實用的角度出發，給出了系統設計中的一些相應抗干擾措施。