第五層 瞬態騷擾抑制設計

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濾波器：減小PCB環路面積和引線電感;分類捆扎分類敷設導線和電纜;控制線使用屏蔽線，電源線不應過長；正確做好接地設計；安裝瞬態騷擾抑制器。

二．雷擊浪涌的抑制

導致雷擊浪涌試驗失敗表現在過高的差模電壓導致輸入器件被擊穿，或過高的共模電壓導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應采取的措施：浪涌吸收器件要用在進線入口處。在器件附近不能有信號線和電源線經過，以防止將浪涌引入信號和電源線路。器件的引腳要短；吸收容量要與浪涌電壓和電流的試驗等級相匹配。

三.靜電防護

靜電放電是高電位、強電場、瞬態大電流的過程。所產生的上升時間極快、持續時間極短（多數只有幾百納秒）的電磁脈沖。

1．ESD防護是一項系統工程，需要各個環節實施全面控制。一般應達到（+/-）2000V以上的防護要求。

2．電子設備ESD保護電路設計

旁路釋放保護電路：其作用是將靜電荷通過該保護電路釋放掉，避免對功能元器件的靜電損傷；限壓/限流保護電路：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；采用絕緣介質如塑料機箱、空氣間隙及絕緣材料等把內部系統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 ，實現電氣隔離。

四．瞬態騷擾抑制器

由于濾波器的輸入輸出阻抗與電網以及負載阻抗嚴重失配，對瞬態騷擾的抑制能力非常有限。目前最有效的辦法是采用瞬態騷擾抑制器，將大部分能量轉移到地。

1.避雷管：早期的避雷管是氣體放電管，一個電極接可能耦合瞬態騷擾的線路，另一個接地。瞬態騷擾出現時，管內氣體被電離，兩極間的電壓迅速降到很低的殘壓值（2-4kV）上，使大部份瞬態能量被地線迅速轉移，通流容量大（100kA以上），功耗大大降低，漏電流小，產品受到了保護。目前已固化，體積很小。避雷管具有很強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），對產品正常工作不會產生有害影響。但其響應時間較慢，約為￡100ns.只適用于線路保護和產品的一次保護 。

2.壓敏電阻器（VSR）（varistor; voltage-dependent resistor）：為多個PN結并聯和串聯在一起的電壓敏感型箝位保護器件。當加在其兩端的電壓低于標稱壓敏電壓時，其電阻近為無窮大，而超過標稱壓敏電壓值后，阻值便急劇下降。它對瞬態電壓的吸收作用是通過箝位方式實現的，并轉換為熱量。其響應時間《50ns.主要參數為：

1）、標稱壓敏電壓V1mA ，即擊穿電壓或閾值電壓。指在1mA規定電流下的電壓值，即1mA直流時測得的電壓值。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重要的，它關系到保護效果與使用壽命。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：規定峰值為8/20ms標準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瞬態電壓抑制器）

隨著電子信息技術的迅速發展，當前半導體器件日益趨向小型化、高密度和多功能化。因此要求保護器件必須具備低箝位電壓以提供有效的ESD保護；而且響應時間要快以滿足高速數據線路的要求；封裝集成度高以適用便攜設備印制電路板面緊張的情況；同時還要保證多次ESD過程后不會劣化以保證高檔設備應有的品質。TVS（Transient Voltage Suppresser瞬態電壓抑制器）正是為解決這些問題而產生的，它已成為保護電子信息設備的關鍵性技術器件，是專門設計用于吸收ESD能量并且保護系統免遭ESD損害的固態元件。

TVS是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。由于它具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。

目前已廣泛應用于計算機系統、通訊設備、交/直流電源、汽車、電子鎮流器、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、數字照相機的保護、共模/差模保護、RF耦合/IC驅動接收保護、電機電磁騷擾抑制、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領域。

第六層 系統級電磁兼容設計

EMC對系統效能的影響包括：系統性能降低或失效；系統可靠性降低；影響系統工作壽命；影響效/費比的權衡；影響系統和人員的生存性和安全性；延誤生產和使用。系統級電磁兼容設計流程如圖13所示。

圖13 系統級電磁兼容設計流程

實踐表明，滿足了設備EMC限值的設備、分系統組成系統后并不能保證系統的EMC良好，即EMC+EMC1EMC。因此規定系統的EMC要求并實現它是與保證設備EMC同等重要的。例如，如果N個模塊分別在場點測得的場強值基本相等，則

Eo=N1/2E（mV/m）

設標準規定的騷擾發射限值為Eo，若有N個模塊，則每個模塊的騷擾發射限值應為

E=Eo/N1/2

十余年來，“電磁兼容分層與綜合設計法”已成功用于，合成孔徑雷達衛星、大型集裝箱檢查系統、手持機、集成電路、汽車電子系統、醫用電子設備與系統、嵌入式機器人控制器等的電磁兼容設計，基本做到電磁兼容試驗一次成功。