第五層 瞬態(tài)騷擾抑制設(shè)計(jì)

一．電快速瞬變脈沖群（EFT）的抑制

抑制EFT必須做到：正確選用和安裝電源濾波器和信號(hào)濾波器：減小PCB環(huán)路面積和引線電感;分類捆扎分類敷設(shè)導(dǎo)線和電纜;控制線使用屏蔽線，電源線不應(yīng)過長(zhǎng)；正確做好接地設(shè)計(jì)；安裝瞬態(tài)騷擾抑制器。

二．雷擊浪涌的抑制

導(dǎo)致雷擊浪涌試驗(yàn)失敗表現(xiàn)在過高的差模電壓導(dǎo)致輸入器件被擊穿，或過高的共模電壓導(dǎo)致線路與地之間的絕緣層被擊穿。

通過雷擊浪涌敏感度試驗(yàn)應(yīng)采取的措施：浪涌吸收器件要用在進(jìn)線入口處。在器件附近不能有信號(hào)線和電源線經(jīng)過，以防止將浪涌引入信號(hào)和電源線路。器件的引腳要短；吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗(yàn)等級(jí)相匹配。

三.靜電防護(hù)

靜電放電是高電位、強(qiáng)電場(chǎng)、瞬態(tài)大電流的過程。所產(chǎn)生的上升時(shí)間極快、持續(xù)時(shí)間極短（多數(shù)只有幾百納秒）的電磁脈沖。

1．ESD防護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施全面控制。一般應(yīng)達(dá)到（+/-）2000V以上的防護(hù)要求。

2．電子設(shè)備ESD保護(hù)電路設(shè)計(jì)

旁路釋放保護(hù)電路：其作用是將靜電荷通過該保護(hù)電路釋放掉，避免對(duì)功能元器件的靜電損傷；限壓/限流保護(hù)電路：其作用是減緩靜電的放電速度，使放電電壓/流小一些，鉗制器件端口的電位；采用絕緣介質(zhì)如塑料機(jī)箱、空氣間隙及絕緣材料等把內(nèi)部系統(tǒng)和元器件與外界隔離；。使用金屬屏蔽外殼，防止大的ESD電流沖擊內(nèi)部電路；.PCB板上安裝光耦合器、隔離變壓器、光纖/無線和紅外線耦合 ，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

四．瞬態(tài)騷擾抑制器

由于濾波器的輸入輸出阻抗與電網(wǎng)以及負(fù)載阻抗嚴(yán)重失配，對(duì)瞬態(tài)騷擾的抑制能力非常有限。目前最有效的辦法是采用瞬態(tài)騷擾抑制器，將大部分能量轉(zhuǎn)移到地。

1.避雷管：早期的避雷管是氣體放電管，一個(gè)電極接可能耦合瞬態(tài)騷擾的線路，另一個(gè)接地。瞬態(tài)騷擾出現(xiàn)時(shí)，管內(nèi)氣體被電離，兩極間的電壓迅速降到很低的殘壓值（2-4kV）上，使大部份瞬態(tài)能量被地線迅速轉(zhuǎn)移，通流容量大（100kA以上），功耗大大降低，漏電流小，產(chǎn)品受到了保護(hù)。目前已固化，體積很小。避雷管具有很強(qiáng)的浪涌電流吸收能力，很高的絕緣電阻（》104MW）和很小的寄生電容（《2pF），對(duì)產(chǎn)品正常工作不會(huì)產(chǎn)生有害影響。但其響應(yīng)時(shí)間較慢，約為￡100ns.只適用于線路保護(hù)和產(chǎn)品的一次保護(hù) 。

2.壓敏電阻器（VSR）（varistor; voltage-dependent resistor）：為多個(gè)PN結(jié)并聯(lián)和串聯(lián)在一起的電壓敏感型箝位保護(hù)器件。當(dāng)加在其兩端的電壓低于標(biāo)稱壓敏電壓時(shí)，其電阻近為無窮大，而超過標(biāo)稱壓敏電壓值后，阻值便急劇下降。它對(duì)瞬態(tài)電壓的吸收作用是通過箝位方式實(shí)現(xiàn)的，并轉(zhuǎn)換為熱量。其響應(yīng)時(shí)間《50ns.主要參數(shù)為：

1）、標(biāo)稱壓敏電壓V1mA ，即擊穿電壓或閾值電壓。指在1mA規(guī)定電流下的電壓值，即1mA直流時(shí)測(cè)得的電壓值。為10－9000V不等。一般 V1mA=1.5Vp或V1mA=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命。如額定電源電壓為220V，則壓敏電壓 V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=467V，或V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V.因此，選在470－480V之間。

2）、通流容量（kA） ，即在環(huán)境溫度為25℃情況下最大脈沖電流的峰值，通常選用2－20kA。

3）、 殘壓比：規(guī)定峰值為8/20ms標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流通過壓敏電阻后， 兩端的峰值電壓值（稱為最大限制電壓）與壓敏電壓之比。約為1.7-1.8.

3.TVS（Transient Voltage Suppresser瞬態(tài)電壓抑制器）

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)前半導(dǎo)體器件日益趨向小型化、高密度和多功能化。因此要求保護(hù)器件必須具備低箝位電壓以提供有效的ESD保護(hù)；而且響應(yīng)時(shí)間要快以滿足高速數(shù)據(jù)線路的要求；封裝集成度高以適用便攜設(shè)備印制電路板面緊張的情況；同時(shí)還要保證多次ESD過程后不會(huì)劣化以保證高檔設(shè)備應(yīng)有的品質(zhì)。TVS（Transient Voltage Suppresser瞬態(tài)電壓抑制器）正是為解決這些問題而產(chǎn)生的，它已成為保護(hù)電子信息設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)器件，是專門設(shè)計(jì)用于吸收ESD能量并且保護(hù)系統(tǒng)免遭ESD損害的固態(tài)元件。

TVS是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、交/直流電源、汽車、電子鎮(zhèn)流器、家用電器、儀器儀表（電度表）、RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、數(shù)字照相機(jī)的保護(hù)、共模/差模保護(hù)、RF耦合/IC驅(qū)動(dòng)接收保護(hù)、電機(jī)電磁騷擾抑制、聲頻/視頻輸入、傳感器/變速器、工控回路、繼電器、接觸器噪音的抑制等各個(gè)領(lǐng)域。

第六層 系統(tǒng)級(jí)電磁兼容設(shè)計(jì)

EMC對(duì)系統(tǒng)效能的影響包括：系統(tǒng)性能降低或失效；系統(tǒng)可靠性降低；影響系統(tǒng)工作壽命；影響效/費(fèi)比的權(quán)衡；影響系統(tǒng)和人員的生存性和安全性；延誤生產(chǎn)和使用。系統(tǒng)級(jí)電磁兼容設(shè)計(jì)流程如圖13所示。

圖13 系統(tǒng)級(jí)電磁兼容設(shè)計(jì)流程

實(shí)踐表明，滿足了設(shè)備EMC限值的設(shè)備、分系統(tǒng)組成系統(tǒng)后并不能保證系統(tǒng)的EMC良好，即EMC+EMC1EMC。因此規(guī)定系統(tǒng)的EMC要求并實(shí)現(xiàn)它是與保證設(shè)備EMC同等重要的。例如，如果N個(gè)模塊分別在場(chǎng)點(diǎn)測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng)值基本相等，則

Eo=N1/2E（mV/m）

設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的騷擾發(fā)射限值為Eo，若有N個(gè)模塊，則每個(gè)模塊的騷擾發(fā)射限值應(yīng)為

E=Eo/N1/2

十余年來，“電磁兼容分層與綜合設(shè)計(jì)法”已成功用于，合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星、大型集裝箱檢查系統(tǒng)、手持機(jī)、集成電路、汽車電子系統(tǒng)、醫(yī)用電子設(shè)備與系統(tǒng)、嵌入式機(jī)器人控制器等的電磁兼容設(shè)計(jì)，基本做到電磁兼容試驗(yàn)一次成功。