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简介
这是pcb电磁兼容设计ppt，包括了电磁兼容的基本知识，电磁兼容相关概念，电磁兼容的三要素，传导干扰、空间干扰等内容，欢迎点击下载。
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1、设备或系统产生的电磁干扰，不应对周围造成不能承受的影响；也不应对周围环境造成不能承受的“污染”；
2、设备或系统对来自周围的电磁干扰，应具有足够的防御能力。
研究内容：电磁兼容设计、电磁兼容测试、电磁兼容标准及EMC预测。
EMC的三要素：干扰源、耦合通路和敏感体。切断任何一项都可解决电磁兼容问题。
电磁环境是由空间、时间和频谱三大要要素组成的。
2.电磁兼容相关概念
电磁干扰（EMI）会引起设备、传输通道或系统性能下降。
电子系统受干扰的路径主要是通过电源、信号线或控制电缆、场渗透，最后经过天线直接进入；
另外还有电缆耦合（其它设备的传导干扰），电子系统内部场耦合（其它设备的辐射干扰），电子外部耦合到内部场，宽带发射机天线系统，外部环境场等等。
电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）是指任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰有下列三种表现表形式：电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。
电磁辐射：是以电磁波形式由波源发射到空间的现象或以电磁波的形式存在于空间的现象。“电磁辐射”一词的含义有时也可引伸，电磁感应现象也包含在内。
电磁噪声（Electromagnetic Noise）是一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可与有用信号叠加或组合，有时也称为电磁环境。
高能量、高频率、高密度的发射源增多，会使系统的辐射加重，干扰信号增强。
电磁辐射污染己被世界卫生组织列为必须严加控制的现代公害之一。据调查，长期接受高频电磁辐射，会对眼睛、神经系统、生殖系统、心血管系统、消化系统及骨组织造成严重的不良影响，甚至危及生命。
干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别作为往返线路传输；另一种是两根导线作去路，地线作返回路传输。前者就是“差模”，后者是“共模”。
干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，这种干扰是比较容易消除的。
干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别作为往返线路传输；另一种是两根导线作去路，地线作返回路传输。前者就是“差模”，后者是“共模”。
干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，这种干扰是比较容易消除的。
但在实际电路中，由于两根导线终端与地线之间的阻抗不平衡，会出现模式的相互转换。即通过导线传递的一种模式在终端反射时，使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。
通常这两种干扰是同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转化，所以情况十分复杂。
a限制电阻的方法：增大共回路导线的截面积，减少共回路导线的长度和降低接触电阻。
b限制电感的方法：减小共回路导线的长度和导线间的距离。
c电路去耦的方法：去掉共回路导线，而将不同的回路仅在一点接地。
③对共地阻抗产生的电磁干扰，可以想办法降低共地阻抗。
④电位隔离。
电位隔离有机械、电磁、光电和浮地4种隔离方式，其实质是人为地造成电位隔离，以阻止电路性耦合产生的电磁干扰。
(2)电容性耦合
任何两个导体之间都存在着电容。
针对电容性耦合的电磁兼容设计方法是：
①尽可能减小干扰源U1的幅值和干扰源的变化速度ω。
②耦合电容设计得尽可能小：加大两个导体间的距离，缩短两个导体的长度，避免两个导体平行走线。
④屏蔽
屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对象之间的电力线。
屏蔽的方法：采用与干扰源基准电位相连的屏蔽或者与被干扰对象基准电位相连的屏蔽，或者上述两者都用。当导线的长度小于工作信号波长的l／20时，采用单点接地，否则采用多点接地。接地的长度要尽可能短。
⑤平衡
平衡的目的：当干扰源和被干扰对象的基准电位是相互独立时，可以采用平衡的方法使干扰源和被干扰对象的耦合电容平衡，以免除电容性耦合的电磁干扰。
平衡的方法：干扰源和被干扰对象均采用绞合导线；采用四芯导线使干扰源和被干扰对象的导线交叉对称。
(3)电感性耦合
任何两个回路之间存在着互感。互感值与介质的磁导率触成正比，并与两个回路的几何尺寸有关。
针对电感性耦合的电磁兼容设计方法是：
①尽可能减小干扰源电流的变化速度。
②尽可能减小两个回路的互感：加大两个回路间的距离；缩短两个回路的长度；避免两个回路平行走线；缩小两个回路的面积，并降低重合度。
③屏蔽、
屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对象之间的磁力线。
屏蔽的方法：采用铁磁性导体的静态磁屏蔽，采用良导体感应涡流的动态磁屏蔽。
④平衡
平衡的目的：采用平衡的方法减小或免除电感性耦合的电磁干扰。
(4)辐射性耦合
辐射性耦合是电磁场通过空间耦合到被干扰对象。
针对辐射性耦合的电磁兼容设计方法是：
①采用空间分离的方法，把容易相互干扰的设备和导线安排得远一些，并调整电磁场矢量方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最低。
②采用时间分离方法，把产生辐射的设备和易接收辐射的设备安排在不同的时间工作。
③采用频率分离方法，使产生辐射的设备和易接收辐射的设备的工作频率不同。
④采用屏蔽措施，用屏蔽材料将被干扰对象封闭起来，使其内部电磁场强度低于允许值。屏蔽的效果用屏蔽系数来衡量。
⑤减小天线的有效高度。
⑥减小环线面积。
电磁兼容对设备的要求有两个方面：一是设备工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响；另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一方面的要求称为干扰发射(EMI)要求，后一个方面的要求称为敏感度(EMS)或抗扰度要求。对设备的电磁兼容要求。可以进一步分为传导发射、辐射发射、传导敏感度(抗扰度)、辐射敏感度(抗扰度)。
一般来说，在高频时电容耦合是主要的，但如果源阻抗或接收器之一或两者都采用屏蔽电缆并在屏蔽层两端接地，则磁场耦合将是主要的。另外，低频一般有较低的电路阻抗，电感耦合是主要的。
通过串音预测，可以保证PCB上数字和模拟信号适当的间距。
（2）数字电路PCB使电子产品的电磁辐射加重
计算机等电子设备的电路一般都是用数字电路PCB实现的，在很多情况下，数字电路PCB产生的辐射问题要比模拟电路PCB更严重。
由于数字电路的驱动电流较大，致使辐射的强度也较大；而高速时钟脉冲和数字信号又使得辐射频带加宽。
PCB电磁辐射分两种基本类型：差模辐射与共模辐射。差模辐射的特点取决于闭合环路中电流特性；共模辐射由对地的干扰(噪声)电压引起。
电磁辐射主要表现在：对周围的电子系统构成窄带与宽带干扰；另一方面造成潜在的信息泄漏问题。
在控制方法上，除了采用众所周知的抑制干扰传播的技术，如屏蔽、接地、搭接、合理布线等方法以外还可以采取回避和疏导的技术处理，如空间方位分离、频率划分与回避、滤波、吸收和旁路等等，有时这些回避和疏导技术简单而巧妙，可以代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施，收到事半功倍的效果。
电磁屏蔽是电磁兼容防治的重要手段。电磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。
屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要防止交变电场、交变磁场以及防止交变电磁场的影响。
静电屏蔽应具备两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。
（3）滤波
滤波是在频域上处理电磁噪声的技术，为电磁噪声提供一个低阻抗通路，以抑制电磁干扰。例如，电源滤波器对50Hz的电源频率呈现高阻抗，而对电磁噪声频谱呈现低阻抗。
频率管理是滤波的重要手段，是指运用干扰抑制滤波技术来选择信号和抑制干扰。为了实现这两在功能而设计的网络都称都称为滤波器。
线路板上的导线，是最有效的接收和辐射天线。由于导线的存在，往往会在线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。在导线上使用信号滤波器是解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少 。
常规的EMI控制技术一般包括：元器件的合理布局、连线的合理控制、电源线、接地、滤波电容的合理配置等。PCB的基材及PCB层的选择、电子元件及电子元件的电磁特性、元件间互连线的长宽等都制约着PCB的电磁兼容性。
无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响，或者电路之间产生相互干扰，电路板都是问题的核心 。
10．2．2 集成电路芯片的电磁兼容问题
实际工作中，设计工程师通常认为自己能够接触到的EMC问题就是PCB板级设计。然而在考虑EMI控制时，首先应该考虑对集成电路芯片的选择。
如果能够深入了解集成电路芯片的内部特征，可以简化PCB和系统级设计中的EMI控制。
10．2．3 滤波设计
对于任何设备而言，滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线，设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的。
滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。
10．2．4 电磁兼容设计中的布局与布线
PCB设计中的布局，是指PCB上电子元件及配件的排列方式。对PCB上元器件合理规划安放是布线的基础，原件布局不仅会影响PCB板上连接线的布通率，而且影响到PCB的电磁兼容性及整个产品的质量。良好的电磁兼容设计依赖PCB设计工程师对于产品设计原理、布线规则、电磁兼容控制技术的深刻理解。
在PCB设计中，布局是一个复杂的工作，元器件布局的自动化程度仍然较低，人工干预的程度较高。
PCB中元器件的布局应从两个层面上考虑，一个是平面的，即通常在PCB设计中提到的PCB布局；另外一个是立体的元器件布局，既要考虑到元件的大小、所占空间，又要考虑到元器件的密度。
电路板系统的布线包括：芯片到电路板、PCB板内互连以及PCB与外部器件之间的三类互连。
在PCB设计中，互连点处的电磁特性是工程设计面临的主要问题之一，涉及器件安装方法、布线的隔离以及减少引线电感的措施等。
⑤输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。
PCB导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的黏附强度和流过它们的电流值决定。当铜
箔厚度为0．05 mm、宽度为1～1．5 mm时，通过2 A的电流，温度不会高于3℃。因此，导线宽度为1．5mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0．02～0．3mm导线宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至5～8mm。
印刷电路的插头也要多安排一些零伏线作为线间隔离；特别注意电流流通中的导线环路尺寸；如有可能在控制线(于印刷板上)的入口处加接R-C去耦，以便消除传输中可能出现的干扰因素；
印刷弧上的线宽不要突变，导线不要突然拐角(≥90。)，传输线拐角要采用45。角，以降低回损。
⑦突出引线存在抽头电感，要避免使用有引线的组件。高频环境下，最好使用表面安装组件。
在确定特殊元件的位置除遵循常规原则外，在电磁兼容性设计中还要遵循以下原则：
尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件距离不能太近，输入和输出元件应尽量远离。
某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，避免放电引出意外短路。
2．混合信号电路PCB的电磁兼容设计中的布局与布线
混合信号电路PCB是指PCB中含有模拟电路和数字电路的PCB，混合信号电路PCB的设计很复杂，元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能。
(1)混合信号电路PCB的电磁兼容设计中的布线原则
①遵守常规的布线规则。
②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。在电路板的所有层中，模拟信号只能在电路板的模拟部分布线。
③实现模拟和数字电源分割。布线不能跨越分割电源之间的间隙。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。分析返回地电流实际流过的路径和方式。
在混合信号电路PCB设计中采用统一地，通过数字电路和模拟电路分区以及合适的信号布线，通常可以解决一些比较困难的布局布线问题，同时也不会产生因地分割带来的一些潜在的麻烦。在这种情况下，元器件的布局和分区就成为决定设计优劣的关键。如果布局布线合理，数字地电流将限制在电路板的数字部分，不会干扰模拟信号。
10-3-1 电场屏蔽
1．屏蔽机理
将电场感应看成分布电容间的耦合。一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地，使电力线在此终止，因而电场不会泄漏到屏蔽体外部。
2．设计要点
（1）屏蔽板靠近受保护物，同时接地良好；
（2）屏蔽板的形状对屏蔽效能的高低有明显影响，全封闭的金属盒最好，但工程中很难做
到；
（3）电场屏蔽以反射为主，以良导体为好，屏蔽体的厚度不宜过大，而以结构强度为主要
考虑因素。
（3）被屏蔽的物体不要紧靠屏蔽体，以尽量减小通过被屏蔽物体体内的磁通；
（4）注意屏蔽体的结构设计，接缝、通风孔等均可能增加屏蔽体的磁阻，从而降低屏蔽效果；
（5）对于强磁场的屏蔽可采用双层磁屏蔽体的结构。
对要屏蔽外部强磁场的情况，则屏蔽体的外层选用不易饱和的材料，如硅钢；而内部可选用容易达到饱和的高导磁材料，如坡莫合金等。若需接地时，可选用非铁磁材料(如铜、铝)做支撑件。
10-3-3 电磁场屏蔽
电磁场屏蔽是利用屏蔽体阻止电磁场在空间传播的一种措施。
1．电磁场屏蔽的机理
（1）当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度，只要求交界面上的不连续。
（2）未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减，也就是所谓的吸收。
2．结构材料
（1）适用于底板和机壳的材料大多数是良导体，如铜、铝等，可以屏蔽电场。主要的屏蔽机理是反射信号而不是吸收。
（2）磁场的屏蔽需要铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。
（3）强电磁环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分一因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料的厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。
（4）对于塑料壳体，应在其内壁喷涂屏蔽层，或在汽塑时掺入金属纤维。
10-3-4 搭接
1．在底板和机壳的每一条缝隙和不连续处要尽可能好地搭接。保证接缝处金属对金属的接触，以防止电磁能的泄漏和辐射。
2．在可能的情况下，接缝应焊接；在条件受限制的情况下，可用点焊、小间距的铆接和用螺钉来固定。
3．在不加导电衬垫时，螺钉间距一般应小于最高工作频率的1％，至少不大于l／20波长。
用钉或铆接进行搭接时，应首先在缝的中部搭接好，然后逐渐向两端延伸，以防金属表面的弯曲，保证紧固有足够的压力，以便在有变形应力、冲击、震动时保持表面接触。
4．接缝不平整的地方或可移动的面板处，必须使用导电衬垫或指形弹簧材料。
5．选择高导电率的和弹性好的衬垫。选择衬垫时要考虑结合处使用的频率。选择硬韧性材料做成的衬垫，以便划破金属上的任何表面。保证同衬垫材料配合的金属表面没有任何非导电保护层。
6．当需要活动接触时，使用指形压簧，并要注意保持弹性指簧的压力。
7．导电橡胶衬垫用在铝金属表面时，要注意电化腐蚀作用。纯银填料的橡胶将出现最严重的电化腐蚀。银镀铝填料的导电橡胶是盐雾环境下用于铝金属配合表面的最好衬垫材料。
10-3-5 穿透和开口
1．要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。
2．电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一个隔离舱。信号线、控制线进穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。
10-3-5 穿透和开口
1．要注意由于电缆穿过机壳使整体屏蔽效能降低的程度。典型的未滤波的导线穿过屏蔽体时，屏蔽效能降低30dB以上。
2．电源线进入机壳时，全部应通过滤波器盒。滤波器的输入端最好能穿出到屏蔽机壳外；若滤波器结构不宜穿出机壳，则应在电源线进入机壳处专为滤波器设置一个隔离舱。信号线、控制线进穿出机壳时，要通过适当的滤波器。具有滤波插针的多芯连接器适于这种场合使用。
10．4 电源的电磁兼容设计
供电电源常由于负载的通断过渡过程、半导体器件的非线性、脉冲设备及雷电的耦合等因素，而成为电磁干扰源。
在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。当电路从一种状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。
10．4．1 电源的噪声
1．电源噪声的来源
在PCB中由电源和地造成的电磁兼容问题主要有两种，一种是电源噪声，即是在该数字电路系统中，DSP电路、CPU、动态存储器件和其他数字逻辑电路在工作过程中逻辑状态高速变换，造成系统电流和电压变化而产生的噪声，温度变化时的直流噪声以及供电电源本身产生的噪声等。另一种是地线噪声，即在系统内，如果在各部分的地线之间出现电位差或者存在接地阻抗便会引起接地噪声。
2．电源噪声的影响
在众多的电子产品中大量地应用了数字器件、模拟器件及数字模拟混合器件，如DSP芯片、CPU、动态RAM、D／A变换器和其他数字逻辑器件等，当设备工作时这些器件同时工作会使电路板内的电源电压和地电平波动，导致信号波形产生尖峰过冲或衰减震荡，造成数字IC电路的噪声容限下降，从而引起误动作
10．4．2 电源的电磁兼容设计方法
根据印制线路板电流的大小，尽量加大电源线宽度，减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。
1．采用交流电源滤波器
由于交流电源滤波器是低通滤波器，不妨碍低频电能的通过，而对高频电磁干扰呈高阻状态，有较强的抑制能力。
使用交流电源滤波器时，应根据其两端阻抗和要求的插入衰减系数选择滤波器的型式。
要注意其承受电压和导通电流的能力，屏蔽与机壳要电气接触良好，地线要尽量短，截面足够大，进出线要远离，而且滤波器应尽量靠近供电电源。
2．采用电源变压器加静电屏蔽
由于电源变压器一、二次侧问存在分布电容，进入电源变压器一次侧的高频干扰能通过分布电容耦合到电源变压器的二次侧。在电源变压器的一、二次侧间增加静电屏蔽后，该屏蔽与绕组间形成新的分布电容。
将屏蔽接地，可以将高频干扰通过这一新的分布电容引入地，从而起到抗电磁干扰的作用。静电屏蔽应选择导电性好的材料，且首尾端不可闭合，以免造成短路。
3．脉冲电压的吸收
对脉冲电压的电磁干扰可以采用压敏电阻、固体放电管或瞬态电压抑制二极管来吸收。当脉冲电压吸收器件承受一个高能量的瞬态电压脉冲时，其工作阻抗能够立即降到很低，允许通过很大的电流、吸收很大的功率，从而将电压钳制在允许的范围内。
10．4．3 电源供电电路设计中的退耦电容
电源供电电路电磁兼容设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，在安装时应紧靠IC相应管脚或相应电路焊接。
退耦电容的一般配置原则是：
①电源输入端跨接10~100uF的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好。
②原则上每个集成电路芯片都应布置一个0．01 uF的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10 uF的钽电容。
③对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间接入退耦电容。
④电容引线不能过长，尤其是高频旁路电容引线更应短。
⑤在印制线路板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2 kΩ，C取2．2～47uF。
⑥CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电源。
⑦使用逻辑电路时凡能不用高速逻辑电路的就不用；在电源与地之间加去耦电容；注意长线传输中的波形畸变；用R-S触发器作为按钮与电子线路之间配合的缓冲。
因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。因此，应该将地线上的电位想像为大海中的波浪一样，此起彼伏。
许多电磁干扰问题是由地线产生的，因为地线电位是整个电路工作的基准电位，如果地线设计不当，地线电位就不稳，就会导致电路故障。地线的电磁兼容设计的目的是要保证地线电位尽量稳定，从而消除干扰现象。
10．5．1 地线的阻抗
地线的阻抗引起的地线上各点之间的电位差能够造成电路的误动作，用欧姆表测量地线的电阻时，地线的电阻往往在毫欧姆级，电流流过这么小的电阻时为什么会产生这么大的电压降，导致电路工作的异常。
要明白这个问题，首先要区分开导线的电阻与阻抗两个不同的概念。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。
任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于直流电阻，表10-5-1给出的数据说明了这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压。
对于数字电路而言，电路的工作频率是很高的，因此地线阻抗对数字电路的影响是较大的。
如果将10 Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到10 MHz时，对于1 m长导线，它的阻抗是直流电阻的1000倍至10万倍。
因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。
增加导线的直径对于减小直流电阻是十分有效的，但对于减少交流阻抗的作用很有限。在电磁兼容中，人们最关心的交流阻抗。
为了减少交流阻抗，一个有效的办法是多根导线并联。
当两根导线相距较远时，它们之间的互感很小，总电感相当于单根导线电感的一半。
因此可以通过多条接地线来减小接地阻抗。但要注意的是，多根导线之间的距离不能过近。
10．5．2 地线的干扰机理
由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地线上产生电压。当电流较大时，这个电压可以很大。例如附近有大功率电器启动时，会在地线中流过很强的电流。这个电流会在两个设备的连接电缆上产生电压。由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。由于这种干扰是电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰。地环路中的电流还可以由外界电磁场感应出来。
公共阻抗干扰，当两个电路共用一段地线时，由于地线的阻抗，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的调制。
这样一个电路中的信号会耦合进另一个电路，这种耦合称为公共阻抗耦合。
公共阻抗耦合，在数字电路中，由于信号的频率较高，地线往往呈现较大的阻抗。
这时，如果存在不同的电路共用一段地线，就可能出现公共阻抗耦合的问题。
10．5．3 地线干扰对策
1．地环路对策
从地环路干扰的机理可知，只要减少地环路中的电流就能减少地环路干扰。
如果能彻底消除地环路中的电流，则可以彻底解决地环路干扰的问题。
因此，有以下几种解决地环路干扰的方案。
(1)将一端的设备浮地
如果将一端电路浮地，就切断了地环路，因此可以消除地环路电流。但有两个问题需要注意，一个是出于安全的考虑，往往不允许电路浮地。这时可以考虑将设备通过一个电感接地。这样对于50 Hz的交流电流设备接地阻抗很小，而对于频率较高的干扰信号，设备接地阻抗较大，减小了地环路电流。但这样做只能减小高频干扰的地环路干扰。
(2)使用变压器实现设备之间的连接
利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但要注意，变压器初次级之间的寄生电容仍然能够为频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离的方法对高频地环路电流的抑制效果较差。
(3)使用光隔离器
另一个切断地环路的方法是用光实现信号的传输。这可以说是解决地环路干扰问题的最理想方法。用光连接有两种方法，一种是用光耦器件，另一种是用光纤连接 。
2．消除公共阻抗耦合
消除公共阻抗耦合的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，这样公共地线上的电压也随之减小，从而控制公共阻抗耦合。
另一个方法是通过适当的接地方式避免相互干扰的电路共用地线，一般要避免强电电路和弱电电路共用地线，数字电路和模拟电路共用地线。
减小地线阻抗的核心问题是减小地线的电感。这包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体接地线。
对于印刷电路板，在双层板上布地线网格能够有效地减小地线阻抗，在多层板中专门用一层做地线虽然具有很小的阻抗，但这会增加线路板的成本。
通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联单点接地，如图10-5-1所示。
并联接地的缺点是接地的导线过多。因此在实际中，没有必要所有电路都并联单点接地，对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地。
例如，可以将电路按照强信号、弱信号、模拟信号、数字信号等分类，然后在同类电路内部用串联单点接地，不同类型的电路采用并联单点接地，构成串并联单点接地，如图10-5-2所示。
地线造成电磁干扰的主要原因是地线存在阻抗，当电流流过地线时，会在地线上产生电压，这就是地线噪声。在这个电压的驱动下，会产生地线环路电流，形成地环路干扰。当两个电路共用一段地线时，会形成公共阻抗耦合。
解决地环路干扰的方法有切断地环路，增加地环路的阻抗，使用平衡电路等。
解决公共阻抗耦合的方法是减小公共地线部分的阻抗，或采用并联单点接地，彻底消除公共阻抗。
10．5．4 地线设计的原则
接地是控制电路干扰的重要方法。将接地和屏蔽结合起来，可解决大部分干扰问题。一般来讲，地线结构可分为系统地、机壳地、数字地和模拟地。在地线设计中应注意以下几点：
1．数字地与模拟地分开
若电路板上既有高速数字电路，又有线性模拟电路，应使它们尽量分开，两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。
高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。
2．正确选择单点接地与多点接地
电路的低频模拟部分，工作频率低，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流干扰影响较大，因而应采用一点接地。在数字部分，工作频率高，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，采用就近多点接地。
3．接地线应尽量加粗
若接地线用很细的线条，则接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3 mm以上。
4．接地线构成闭环电路
只由数字电路组成的印刷电路板，其接地电路布成圆环路大多能提高抗噪声能力。
本章小结
(1)电磁兼容问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。
(2)集成电路芯片的EMC问题。
(3)滤波设计。
(4)屏蔽与搭接设计。
(5)电源设计。
(6)地线设计。
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