《电磁兼容技术》提要.doc

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1、 电磁兼容技术提要第一章序论电磁兼容(EMC,ElectroMagnetic Compatibility)当电子或电气设备所产生的电噪声不干扰任何其它设备正常工作，也不被其它设备所干扰时，这些设备是电磁兼容的。当不希望的电压或电流影响设备的性能时，称之为存在电磁干扰。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。1.1电磁干扰的原因电磁干扰可以来自系统内部，也可以来自系统外部。前一种情况称为系统内部的干扰，后一种称为系统之间的干扰。在所有的情况下，电磁干扰都

2、是由三个要素组合而产生的。它们是：意外地源，意外的传输途径和意外的响应。1.2电传输电传输途径可粗分为传导途径和辐射途径两种。“传导”是指经过金属线路的传输，包括集总元件如电容器、变压器等。“辐射”则用来表征经非金属线路的传输。电传输途径可进一步细分为：传导发射，传导敏感度，辐射发射，辐射敏感度，四条途径。1.3分贝的概念与应用分贝(dB)是十分之一贝尔(B):1B=10dB。1贝尔的两个功率量的比值是10:1，1贝尔的两个场量的比值是。场量是诸如电压、电流、声压、电场强度、速度、电荷密度等量值，其平方值在一个线性系统中与功率成比例。功率量是功率值或者直接与功率值成比例的其它量，如能量密度、音

3、强、发光强度等。对于功率量，分贝=10lg（关注功率/基准参考功率）例：20dBmw表示关注功率为100mw，基准参考功率是1mw。对于非功率量，分贝=20lg(关注物理量/基准参考物理量)。例：20dBmv表示关注电压为10mv，基准参考电压是1mv。40dBmA表示关注电流为100mA，基准参考电压是1mA。例：将40W转换为dBW (40W)dBW=10lg(40W/1W)=16dBW例：将8mV转换为dBmV(8mV)dBmV=20lg8=18 dBmV1.4电磁兼容性的实施方法技术上和组织上两方面采取措施。技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件

4、措施等。组织上有电磁兼容标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。大体可分为如下6类：1、 电磁兼容的标准、规范：主要是发射和抗扰度方面。2、 传输通道抑制：屏蔽，接地，搭接滤波，合理布线，电气隔离，雷电、静电防护。3、 频谱管理：频谱规划/划分，频率管制。4、 空间分离：地点位置控制，方向控制。5、 时间分隔：各信号分时工作。6、 其它措施：计算机软硬件措施，限幅，续流。第二章传导干扰源及其性质2.1传导干扰源传导干扰源可能是无意的或非功能性的，例如弧光放电或导体中的电流突然变化引起的噪声。也可能是有意的或功能性的，如正弦波或方波发生器的输出。2.1.1非功能干扰源根据U=Ldi/dt的关

5、系，导体内电流突然改变时，会产生突变的电压。一些常见的干扰源：转换器、加热器电路、荧光灯、数据处理机、静态电源装置、电源输出端、机动车、继电器、接触器、电铃、断路器、开关、晶闸管、IGBT电路等。其特点是有较大的电感，较大的电流及较大的电流变化率di/dt的电器或电路。2.1.2功能干扰源脉冲发生器、时钟电路、锯齿波发生器、多谐振荡器以及其它周期性信号发生器、斩波器，步进开关和马达、“交流声”2.1.3传导频谱30MHz以下。2.2干扰的性质2.2.1带宽窄带干扰：几十赫兹至几百千赫兹。例如：调幅（AM），调频（FM）,移相键控（PSK）的无线电系统，通讯发射机的谐波输出，基本电源（50和40

6、0Hz）输出及谐波，本地振荡器。宽带干扰：几十至几百兆赫兹甚至更宽的范围。一般由窄脉冲形成。2.2.2波形使干扰减到最小的方法之一，是在可靠工作的情况下，使所设计的波形，具有尽可能慢的上升和下降时间。2.2.3幅度2.3.4出现率周期性的（通常是功能性的），非周期性的，随机的。2.3减少传导干扰的设计要领1、在所有可能的工作模式下，检验可疑的或已知的噪声源。2、尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以使输出谐波最少。3、在可靠工作的情况下，使所设计的波形，具有尽可能慢的上升和下降时间。4、不使振荡器和开关器件的工作速度高于性能所需要的速度。5、避免电弧放电。6、带宽可以选择时，要选用最小带

7、宽。7、减小引线电感。8、产生噪声的元件应尽量靠近其负载，以使耦合途径最短。9、共用同一电源的几个设备之间，必须用旁路电容去耦。10、尽量少用低电平器件，只需使用能完成任务的灵敏度。第三章 辐射干扰源及其特性辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。辐射的能量是否会影响附近设备的性能，取决于：干扰辐射的方向性，传输到该设备所在位置时，干扰能量的损失量。该设备对此干扰能量的敏感度。构成辐射干扰源的两个条件：有产生电磁波的源泉，能把这个电磁波能量辐射出去。3.1 辐射干扰源的性质电磁辐射可以从某一装置内部以多种途径向外传输：1、 透过设备的外壳向外辐射；（如塑料外壳或有开口的金属外壳）2、 透过设备外壳

8、缝隙向外辐射；3、 透过未充分发挥屏蔽作用的外壳向外辐射。由于外壳接地不好；4、 通过设备间的连接电缆向外辐射；5、 通过装配不好的连接器向外辐射；6、 通过编织屏蔽层的泄漏向外辐射。处于开关工作状态的装置是常见的辐射电磁干扰源。波阻抗的概念：某点的波阻抗是该点总电场与总磁场之比。电场源在近处呈现高阻抗特性；（500欧姆以上）磁场源在近处呈现低阻抗特性。（300欧姆以下）这里的高或低都是相对于自由空间或远场的波阻抗377欧姆而言的。任何一根载流的导线都相当于而且确实就是一个辐射体。相应地，处在电磁场中的一根导线就相当于而且就是一根接收天线。具有大量低频成分的源所能产生的辐射是很弱的，这是因为天

9、线的几何尺寸远小于半波长，通常，不能使天线与源或周围的介质很好的匹配。3.1.1非功能辐射源大气干扰、宇宙噪声、荧光灯、静电积累放电、机动车噪声源工业。科学和医疗设备周围介质的非线性一切有较大di/dt的设备。3.1.2功能辐射源本地振荡器、发送设备、功能非线性。3.1.3辐射频谱10kHz以上。3.2电磁脉冲（EMP）核爆炸或闪电会产生电磁脉冲辐射。数量级可达105V/m，对应的磁场强度为260A/m。脉冲宽度约为20ns量级。电磁脉冲由核爆炸和非核电磁脉冲弹（高功率微波弹）爆炸而产生。核爆炸产生的电磁脉冲称为核电磁脉冲，任何在地面以上爆炸的核武器都会产生电磁脉冲，能量大约占核爆炸总能量的百

10、万分之一，频率从几百赫到几兆赫。非核电磁脉冲弹则利用炸药爆炸或化学燃料燃烧产生的能量，通过微波器件转换成高功率微波辐射能，能发射峰值功率在几瓦以上、频率为1吉赫300吉赫的脉冲微波束，在裸露的导电体（例如裸露的电线、印刷电路板的印制线）上急剧产生数千伏的瞬变电压，对大量电子设备造成无法挽回的损坏。核爆炸在空间产生的瞬变电磁场就是核电磁脉冲。核电磁脉冲比雷电的电磁场强度要大几百倍。频率宽，几乎包括所有长短波，危害范围广，覆盖半径可达数百到上千公里，对无线通信威胁最大。1962年7月8日，美国在约翰斯顿岛上空400公里处进行核试验，结果在距离暴心1300多公里的夏威夷岛上，几百个防盗铃误响，几十条

11、街道的路灯故障，短波通信中断，雷达屏幕亮点故障，供电系统保险丝烧断，电器元件烧坏，绝缘层被击穿，电子系统储存冲掉，程序混乱，无线控制设备停机，警报信息控制失灵等。以上情况也都是居民在生活中可以感知的核电磁脉冲的危害。在未来战争初期，敌人可能采取高空核爆炸，在造成较少人员伤亡的情况下，严重破坏被袭击方电器通信设备功能，造成信息混乱，因此，居民对防电磁脉冲要有足够的心理准备。对电磁脉冲的防护主要是用箝位和限幅。电磁脉冲防护方法与雷电防护方法基本相同。用9.5毫米厚钢板或4毫米厚铜板做成的屏蔽罩，可以提供很高的总体屏蔽效能。但是，这种屏蔽会由于存在检修门和供电缆、连接器、开关等使用的小孔而减弱，这样

12、就必须用衬垫密封孔隙。如果必须开孔通气，则应使用各种屏蔽栅（如蜂窝状隔板、多孔金属板和金属丝网屏栅）把大孔分成许多小孔，孔与孔之间相交的地方必须熔合，以便确保最佳的屏蔽效果。电缆必须使用整体防护材料，最好的电缆防护材料是管道之类的导电固体材料。在协助降低易损性方面，合适的接地线路也很重要。若数据传输率低，可采用滤波方法抑制瞬时效应。若只靠滤波不足以把电磁脉冲降到安全水平，则需使用防护性抑制器，例如齐纳二极管。 当前，国外指挥通信系统防电磁脉冲的具体方法主要有：选取最佳元器件；使用不易受电磁脉冲影响的元件，如电子管等；在连接器上安装滤波器；使用外部防护元器件保护预先包装的电路（如集成电路）；使用

13、引线防护装置；使用分离滤波器，将耦合频率限制在很窄的频带内；采用自动增益控制与增益限制技术；使用特种滤波器；使用电路隔离技术隔离电瞬变现象；屏蔽和接地；重新设计分系统；探测由于电磁脉冲干扰而出现的数据错误，并拒绝这些数据。第四章 由传导和辐射耦合造成的干扰意外的共阻抗耦合。一般是由于噪声源与敏感电路共用一个电源，公共地线上的阻抗。意外的电感耦合：并行导线间的耦合。意外的电容耦合：并行导线间的耦合。并行导线之间，频率越低时电感传输越明显。频率越高时电容传输越明显。对地阻抗高的电路，容易产生电容传输。设计方法：把携带噪声的元件和导线与连接敏感元件的布线隔离开。为了缩短EMI的耦合路径的长度，要使导

14、线尽可能短。把有噪声的元件的回线与敏感元件的回线隔离开。信号的馈线与回线，电源馈线与回线都应该靠得很近，如有可能应该把两线绞在一起。如果已知辐射主要是通过电场耦合的，减少电路的阻抗，可以减少干扰耦合。如果已知辐射主要是通过磁场耦合的，增加电路的阻抗，可以减少干扰耦合。第五章 接地接地：广义含义：与大地等电位，保护性接地。狭义含义：信号电平的参考点。可能不接大地。接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外导电部分经由导体与大地相连。可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。工作接地就是由电力系统运行需要而设置的（如中性点接地），因此在正常情况下就会有电流长期流过接地电极，但是只

15、是几安培到几十安培的不平衡电流。在系统发生接地故障时，会有上千安培的工作电流流过接地电极，然而该电流会被继电保护装置在0.050.1s内切除，即使是后备保护，动作一般也在1s以内。防雷接地是为了消除过电压危险影响而设的接地，如避雷针、避雷线和避雷器的接地。防雷接地只是在雷电冲击的作用下才会有电流流过，流过防雷接地电极的雷电流幅值可达数十至上百千安培，但是持续时间很短。保护接地是为了防止设备因绝缘损坏带电而危及人身安全所设的接地，如电力设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属杆塔。保护接地只是在设备绝缘损坏的情况下才会有电流流过，其值可以在较大范围内变动。电流流经以上三种接地电极时都会引起接地电极电位

16、的升高，影响人身和设备的安全。为此必须对接地电极的电位升高加以限制，或者采取相应的安全措施来保证设备和人身安全。浮地的目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线电隔离。这种接地方式的缺点是设备不与大地直接相连，容易出现静电积累和放电。解决方法：大的泻放电阻。单点接地也称联合接地方式，是指在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点。其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。只适用于低频或直流。联合接地有以下一些特点：(1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对于直击雷，楼内同一层各点位比较均匀；对于感应雷，笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供1040dB的屏蔽效果；(

17、2)一般联合接地方式接地电阻非常小，不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰；(3)可以节省金属材料，占地少。多点接地是指某一个系统中，各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度为最短。适用于高频。优点，电路构成比单点接地简单，接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少。缺点，各种地线回路之间的环流，对低频产生不良影响。混合接地就是将那些只需高频接地的点，利用旁路电容和接地平面连接起来。变压器隔离和光电隔离电路的例子。继电器电路应该单点接地，并应该在最大电流点接地。电源线和回线应该紧靠在一起，以使它们构成的环路面积为最小。电缆屏蔽层的接地；试验确定接地方法。 接地设计准则：

18、电路尺寸小于0.05时，可采用单点接地；大于0.15时，可采用多点接地；电路尺寸介于0.05和0.15之间时，应根据接地线的实际位置决定接地方式。对于那些工作频率范围很宽的电路，还要采用混合接地。出现地线环路问题时，可采用浮地隔离技术。所有接地线应尽可能短。接地参考平面应具有较高的电导率。对于信号回线，电源系统回线，以及底版或机壳都要有单独的电路接地系统。对于那些将出现较大突变电流的电路，要有单独的接地系统或回线。低电平电路的接地线要与所有其它接地线隔离开来。第六章 屏蔽6.1屏蔽原理6.1.1静电场屏蔽两个基本要素：完整的屏蔽导体和良好的接地。如果将导体放在电场强度为E的外电场中，导体内的自

19、由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E内。根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E外和E内的叠加，等大反向的电场叠加而互相抵消，使得导体内部总电场强度为零。当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再定向移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外

20、壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。静电屏蔽有两方面的意义，其一是实际意义：屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响。有些电子器件或测量设备为了免除干扰，都要实行静电屏蔽，如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩，电子管用金属管壳。又如作全波整流或桥式整流的电源变压器，在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地，达到屏蔽作用。在高压带电作业中，工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。在静电实验中，因地球附近存在着大约100V/m的竖直电场。要排除这个电场对电子

21、的作用，研究电子只在重力作用下的运动，则必须有eE10-10V/m，这是一个几乎没有静电场的“静电真空”，这只有对抽成真空的空腔进行静电屏蔽才能实现。事实上，由一个封闭导体空腔实现的静电屏蔽是非常有效的。6.1.2交变电场的屏蔽干扰源与接收器之间的电场感应耦合可用它们之间的耦合电容进行描述。两个基本要素：完整的屏蔽导体和良好的接地。为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，并将金属屏蔽体接地。交变电场对敏感电路的耦合干扰电压大小取决于交变电场电压、耦合电容和金属屏蔽体接地电阻之积。只要设法使金属屏蔽体良好接地，就能使交变电场对敏感电路的耦合干扰

22、电压变得很小。电场屏蔽以反射为主，因此屏蔽体的厚度不必过大，而以结构强度为主要考虑因素。6.1.3低频磁场屏蔽低频（100kHz以下）磁场的屏蔽采用高磁导滤的铁磁材料（铁，硅钢片等）。其屏蔽原理是利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。良好铁磁屏蔽：材料厚，导磁率高。特点贵，笨重。用铁磁材料做的屏蔽罩，在垂直磁力线方向不应开口或有缝隙。不能用于高频磁场屏蔽。因为高频时，铁磁材料的损耗很大，导磁率明显下降。6.1.4高频磁场屏蔽高频磁场的屏蔽采用的是低电阻率的良导体材料（铜、铝）。其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的效果。磁场屏蔽的屏蔽体是否接地不影响屏蔽效

23、果。但是电场屏蔽必须接地。一般屏蔽体都接地。6.1.5电磁屏蔽一般是指高频电磁场的屏蔽。电磁波是电磁能量传播的主要方式，高频电路工作时，会向外辐射电磁波，对邻近的其它设备产生干扰。另一方面，空间的各种电磁波也会感应到电路中，对电路造成干扰。电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径，从而消除干扰。在解决电磁干扰问题的诸多手段中，电磁屏蔽是最基本和有效的。屏蔽材料,良导体，屏蔽体必需接地。就可以实现高频的电场和磁场屏蔽。由于高频的集肤效应，电磁屏蔽体无需做得很厚，满足机械性能即可。6.2屏蔽效能屏蔽体对于电磁波的衰减有三种不同机理：1.由于空气和金属交界面的阻抗不连续性，对入射波产生反射作用。2.未被

24、表面反射而进入屏蔽体内的电磁能量，在体内向前传输时为屏蔽材料所衰减（吸收）。3.在屏蔽体内尚未衰减掉的能量，到达材料的另一表面时，再次产生反射。这种反射可重复多次。如果用R表示第一种反射引起的衰耗，用A表示穿过屏蔽材料的衰耗，用多次反射修正项B表示后一种反射引入的衰耗。则屏蔽效果由下式确定：S=R+A+B（dB）磁屏蔽体的表面阻抗与空间的磁场波波阻抗非常接近，因此磁屏蔽体表面对磁场波的反射损耗很小，磁屏蔽的屏蔽效果主要由损耗A决定。电屏蔽体的表面阻抗很小，屏蔽效果主要由表面反射损耗R决定。一般民用产品机箱的屏蔽效能在40dB以下，军用设备机箱的屏蔽效能一般要达到60dB，TEMPEST设备的屏

25、蔽机箱屏蔽效能要达到80dB以上。屏蔽室或屏蔽舱等往往要达到100dB。100dB以上的屏蔽体是很难制造的，成本也很高。6.3多层实心型屏蔽1.兼有电屏蔽和磁屏蔽的组合屏蔽；2.多层电屏蔽；3.多层瓷屏蔽。6.4薄膜屏蔽屏蔽层厚度小于/4时，屏蔽效果与频率无关。厚度大于/4时，屏蔽效果将随频率升高而增加。6.5良好屏蔽要领1、采用铜或铝这样的良导体制成的屏蔽体，对电磁波具有很大的反射损耗，适于电屏蔽，需要良好接地。2、铁、高导磁率合金等导磁材料，对磁场波有很大的吸收损耗，适用于磁屏蔽。3、多层屏蔽的选用由性能和成本决定。它可提供最佳的屏蔽效果。4、薄膜屏蔽的材料厚度小于/4时，屏蔽效果与频率无

26、关。厚度大于/4时，屏蔽效果将随频率升高而增加。5、要保证屏蔽体的屏蔽完整性，设计时应考虑它上面的可能存在的所有开口和缝隙。采用焊接，卷接，导电玻璃，导电橡胶，导电衬垫，金属网，屏蔽电缆连接器等专门屏蔽材料和元件来保持有孔隙屏蔽体的屏蔽效果。第七章 滤波7.1滤波器的特性对于电路中传播的电磁干扰，需要采用滤波技术加以抑制。电磁干扰滤波器，又名“EMI滤波器”是一种用于抑制电磁干扰，特别是电源线路或控制信号线路中噪音的电子线路设备。电磁干扰滤波器的功能就是保持电子设备的内部产生的噪声不向外泄漏，同时防止电子设备外部的交流线路产生的噪声进入设备。滤波器的技术指标包括插入损耗、频率特性、阻抗特性、额

27、定电压、额定电流、外形尺寸、工作环境、可靠性等。1、插入损耗插入损耗是衡量滤波器的主要性能的指标，决定滤波器性能的忧虑。应根据干扰信号的频率特性和幅度特性来选择滤波器。2、频率特性滤波器的插入损耗随频率的变化即为频率特性。频率特性可用中心频率、截止频率、最低使用频率和株高使用频率等参数描述。3、阻抗特性滤波器的输入阻抗、输出阻抗直接影响其插入损耗特性。在使用EMI滤波器时，应保证在输入、输出最大限度失配的情况下，有合乎要求的最佳抑制效果。4、额定电压滤波器工作时允许的最高电压。5、额定电流滤波器工作时，不降低插入损耗性能的最大使用电流。6、绝缘电阻7、体积与重量8、温度9、可靠性7.2滤波器的

28、构成可由无损耗或有损耗的元件构成。7.2.1反射滤波器反射滤波器又称无损滤波器，其工作原理是在电磁信号传输路径上形成很大的特性阻抗不连续，使大部分电磁能量反射回信号源处。反射滤波器采用电感、电容储能元件组成的无源网络。有很好的频率选择特性，但容易产生谐振。根据频率特性分为低通、高通、带通、带阻滤波器，低通滤波器是电磁兼容中最常用的的滤波器。T型滤波器：噪声源和负载阻抗小时选用。型滤波器：噪声源和负载阻抗大时选用。型滤波器：噪声源阻抗大和负载阻抗小时选用反型滤波器：噪声源阻抗小和负载阻抗大时选用。电容的作用是通过并联一个低阻抗的通路，使干扰电流分流，从而减小负载中的干扰电流。电感的作用是通过串连

29、一个高阻抗，阻断干扰电流的流通，从而减小负载上的干扰电压。反射型滤波器的缺点是，当它和信号源不匹配时，一部分能量将被反射回信号源。这样一来反而将导致干扰电平的增加而不是减少。7.2.2吸收滤波器吸收滤波器又称有损滤波器，它采用有损耗的滤波元件，是干扰信号的能量消耗在滤波器中，以达到抑制干扰的目的。吸收滤波器可避免反射滤波器因寄生参数效应或阻抗不匹配引起的谐振，但其频率选择性较差。吸收滤波器采用铁氧体材料或其他有损耗材料，将导线穿过或缠绕在各种形状的铁氧体材料上，利用其电感及磁场涡流损耗阻断干扰信号的传播。7.3感性负载的瞬态抑制主要措施是续流。主要有5种形式。1.电阻阻尼电路。交直流均可，有不

30、必要的损耗。2.电容抑制电路。交直流均可，直流无损耗。3.RC抑制电路。4.二极管抑制电路。只能用于直流电路，无不必要损耗。5.背对背稳压管抑制电路。交直流均可，无不必要损耗。7.4电源线滤波器抑制设备的传到发射或提高对电网中干扰的抗扰度。除了要考虑源阻抗和负载阻抗的匹配外，电源线滤波器的串联电感和并联电容选值受到一定限制。7.5噪声限幅器7.6元件的高频特性及专用滤波元件第八章 线路板的EMC设计8.1元器件的选择有引脚和无引脚元件有引脚元件在高频时有寄生效果。大约是1nH/mm/引脚；4pF/引脚。因此引脚的长度应尽可能短。无引脚元件寄生效果较小。典型值为0.5nH和0.3pF。表面贴装元

31、件最好，放射状引脚元件其次。电阻表面贴装最好。对于有引脚电阻，碳膜最好，金属膜次之，最后是线绕电阻。电容电解电容。有极性，容量大，体积相对较小。适用于低频或旁路。一般的陶质电容适合于中频（kHz-MHz），常用于去耦电路和高频滤波。特殊的低损耗陶质电容和云母电容适合于甚高频和微波电路。避免电容与自身的引线电感产生谐振。多个电容的并联。10F并联0.01F；100pF并联100pF。电感开环电感，磁场通过空气闭合，容易引起EMI问题，但是不会产生磁路饱和问题。闭环电感，磁场通过磁芯闭合，容易产生磁路饱和问题。使用时千万不要超过设计额定电流。磁芯材料主要有两种，铁（硅钢片等），相对导磁率103-1

32、04；铁氧体，相对导磁率102-103。前者适用于低频（几十K赫兹），后者高频。铁氧体瓷珠，单环电感，高频时衰减可达10 dB。二级管整流二级管，400Hz以下频率整流。肖特基二级管，高速整流，20-60KHz，快速反向恢复，开关式电源。齐纳二极管，嵌位，过压保护。发光二级管。高频小功率二级管。集成电路TTL和CMOS。最好不混用。若CPU为CMOS电路，外围电路优选CMOS电路。管脚不能悬空，接固定电平。PU或MPU或MCU尽量不用中断，用定时查询。8.2印刷电路板的设计标准和规范：GB4588.3-88印刷电路板设计和使用。1.合理布置元器件的位置，以使信号传输线尽量短，耦合面积尽量小。2

33、.敏感器件尽量靠近源或负载，以使耦合面积尽量小。3.尽量减少导线的长度，如果可能，增加导线的宽度。4.使回线尽量与信号线平行并靠近。重点是高速信号线。5.元器件的位置应该按照电源电压，数字与模拟电路，速度快慢，电流大小进行分组，以免互相干扰。6.先布置地线，电源线，再布置时钟，高速信号线，最后考虑低速信号线。7.电源线应该尽可能靠近地线。8.高频和高速逻辑靠近插脚（以使导线最短），中频和中速逻辑稍远，低频和低速逻辑最远。9.迹线宽度不要突变，导线不要拐直角，应拐135角。10.高频和高速电路尽量使用地线面或地线网格，地线网格的间距不能太大。不准使用梳状线。11.绝对不要将数字电路的地线面与模拟

34、电路的地线面的区域重叠，数字地与模拟地可以在数-模转换器的部位单点相连。 多层板的设计1.电源平面应靠近地平面。2.布线层应安排与整块金属平面（地或电源）相邻。3.数字电路与模拟电路分开，最好不同层。4.20-H原则。一般离边3mm区域不安排走线。5.2-W原则。线条间距不小于2倍的线条宽度。6.避免使用短截线或星形线。7.过孔问题。一个过孔产生1-4nH的电感和0.3-0.8pF的电容。第九章 计算机软硬件结合抗干扰措施1、看门狗电路及其软件。看门狗定时器是单片机的一个组成部分，它实际上是一个计数器，一般给看门狗一个大数，程序开始运行后看门狗开始倒计数。如果程序运行正常，过一段时间CPU应发

35、出指令让看门狗复位，重新开始倒计数。如果看门狗减到0就认为程序没有正常工作，强制整个系统复位。看门狗定时器是单片机的一个组成部分，在单片机程序的调试和运行中都有着重要的意义。它的主要功能是在发生软件故障时，通过使器件复位（如果软件未将器件清零）将单片机复位。也可以用于将器件从休眠或空闲模式唤醒，看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统，当系统出现故障时，在可选的超时周期之后，看门狗将以RESET信号作出响应，像x25045就可选超时周期为1.4秒、600毫秒、200毫秒三种。当你的程序死机时，x25045就会使单片机复位。大多数看门狗定时器IC产生一个单一的，有限的输出脉冲持续时间当看门狗超

36、时。这适用于触发复位或中断微处理器，但有些应用需要输出(故障指示灯)的锁存器。考虑到安全性问题，汽车电子系统需要监控电路监测故障容限或安全性。看门狗定时器可理想满足这类需求，通过对微控制器正常工作条件下产生的周期脉冲进行检测，侦测电路或IC的失效状态，一旦发生故障可立即切换到备份/冗余系统。2、软件陷阱所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将乱飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。如果我们把这段程序的入口标号称为ERR的话，软件陷阱即为一条LJMP ERR指令。为加强其捕捉效果，一般还在它前面加2条NOP指令。3、软件延时4、数据冗余数据冗余或者信息冗余是生产、生

37、活所必然存在的行为，没有好与不好的总体倾向。数据的应用中为了某种目的采取数据冗余方式。（1）重复存储或传输数据以防止数据的丢失。（2）对数据进行冗余性的编码来防止数据的丢失、错误，并提供对错误数据进行反变换得到原始数据的功能。（3）为简化流程所造成额数据冗余。例如向多个目的发送同样的信息、在多个地点存放同样的信息，而不对数据进行分析而减少工作量。（4）为加快处理过程而将同一数据在不同地点存放。例如并行处理同一信息的不同内容，或用不同方法处理同一信息等。（5）为方便处理而是同一信息在不同地点有不同的表现形式。例如一本书的不同语言的版本。（6）大量数据的索引,一般在数据库中经常使用。其目的类似第4

38、点。（7）方法类的信息冗余：比如每个司机都要记住同一城市的基本交通信息；大量个人电脑都安装类似的操作系统或软件。（8）为了完备性而配备的冗余数据。例如字典里的字很多，但我们只查询其中很少的一些字。软件功能很多，但我们只使用其中一部分。（9）规则性的冗余。根据法律、制度、规则等约束进行的。例如合同中大量的模式化的内容。（10）为达到其他目的所进行的冗余。例如重复信息以达到被重视等等。数据冗余是指数据之间的重复，也可以说是同一数据存储在不同数据文件中的现象。可以说增加数据的独立性和减少数据冗余是企业范围信息资源管理和大规模信息系统获得成功的前提条件。5、数据输入多次重读和输出多次重写6、定时扫描，

39、少用中断7、动态自检8、软件滤波。用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号的方法叫软件滤波。（1）限幅滤波法（又称程序判断滤波法）方法：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。缺点：无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。（2）中位值滤波法方法：连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。

40、（3）算术平均滤波法方法：连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高。N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。（4）递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）方法：把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波

41、结果。N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=412；温度，N=14优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统。缺点：灵敏度低 ，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM（5）中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）方法：相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。N值的选取：314优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM。（6）限幅平均滤波法方法：相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。