对电磁辐射的电磁兼容设计是，采用电磁屏蔽的方法，即用屏蔽材料将电磁辐射源封闭起来，使其外部电磁场强低于允许值。
电磁屏蔽的技术原理主要有两种：
一是反射，由于空气和金属屏蔽的电磁阻抗不同，使入射电磁电波产生反射作用。磁场中的反射损耗R(dB)，对磁场源而言
R=20log10{[0.012(μr/fσr)1/2/D]＋5.364D(fσr/μr)1/2＋0.354} （8）
式中：μr为相对磁导率；
σr为相对电导率；
f为电磁波频率（Hz）；
D为辐射源到屏蔽体的距离（m）。
对电场源而言
R=322＋10log10(σr/μrf3D2) （9）
二是吸收，进入金属屏蔽内的电磁波在金属屏蔽内传播时，由于衰减而产生吸收作用。吸收损耗A(dB)为
A=0.131d(μrfσr)1/2 （10）
式中：d为屏蔽材料厚度（mm）。
1）磁场屏蔽一般采用磁导率高的材料作屏蔽体，它给低频磁通提供一个闭合回路，并使其限制在屏蔽体内。屏蔽体的磁导率越高，厚度越大，磁阻越小，磁场屏蔽的效果越好。当然屏蔽的设计要与设备的重量相协调。在杂散耦合可能引起有害作用的电路中，应选用带有屏蔽的电感器和继电器，并将屏蔽有效地接地。
2）电场屏蔽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。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。
3）电磁场屏蔽一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。
应当特别注意电磁屏蔽的完整性，特别是电磁场屏蔽，因为它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场干扰的。如果屏蔽体不完整，则涡流的效果降低，导致电磁场泄漏，屏蔽的效果将大打折扣。
5.1.4 雷电
雷电是带电云对地或带电云之间的放电现象。带电云对地放电为直接雷击，而非直接雷击时设备所受到的干扰为感应雷击。由于雷电具有非常大的能量和非常短的持续时间，因此雷电是非常强的干扰源。
雷电的电磁兼容的设计方法是
1）对直接雷击采用的设计方法采用接闪器、避雷引线和避雷接地组成的避雷系统。将直接雷击的能量引入大地，以保护电子设备。
2）对感应雷击采用的设计方法采用气体避雷管、压敏电阻、电压瞬变吸收二极管或固体放电管。利用其非线性特性，对感应雷击的高电压尖峰削波和能量吸收，以保护电子设备。
5.1.5 静电
当不同介质的材料相互摩擦时，会发生电荷转移而产生静电。当然静电也可能以其它的方式产生，比如受到其它带电体的感应。静电场强的高低取决于材料所携带的电荷量多少和对地电容的大小。当这种材料对电子设备的场强超过绝缘介质的击穿强度时，会发生电晕放电或火花放电，形成静电干扰，可能导致电子设备损坏。
防静电的电磁兼容的设计方法是
——防止静电的产生，例如阻止静电荷的积累、泄放积累的静电荷，采用防静电地板和静电消除器等等。
——采用静电屏蔽和接地措施，将静电产生的电荷引走。
——采用耐静电电压值高的器件。
——采用静电保护措施，例如增加串联电阻以降低静电放电电流，增加并联元件以把静电放电电流引走，对静电作用下易损器件的操作防护和软件的静电防护等等。
5.1.6 无线电发射源
无线电发射机的频率范围为103～1012Hz。
无线电发射机的有效辐射功率（ERP）很高。例如，军用雷达10GW，气象雷达1GW，船用雷达100MW，电视广播50MW，商用电台300kW，广播电台100kW，业余通讯1kW，车用通讯100W。
因此，无线电发射源对电子设备是一很强的干扰源。
对无线电发射源的电磁兼容的设计方法是
——严格控制无线电发射的方位角度，以减少无线电发射源干扰的空间范围。
——采用完整的电磁屏蔽和可靠的接地措施，以减少无线电发射源的泄漏干扰。
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5.2 对电磁干扰可能传播的路径的设计方法
5.2.1 电路性耦合
当两个电路存在公共阻抗时，一个电路的电参数通过公共阻抗对另一个电路的电参数产生了影响。而这种影响造成误动作时，即为通过电路性耦合的路径产生的电磁干扰。公共阻抗主要有共回路导线、共地阻抗和共电源内阻。
电路性耦合的电磁兼容设计方法是
1）对共电源内阻产生的电磁干扰，可以用不同的电源分别供电的方法，以去除共电源内阻产生的电路性耦合。
2）对共回路导线产生的电磁干扰，可以用对导线阻抗加以限制或去耦的方法，以减低共回路导线产生的电路性耦合。共回路导线的阻抗包括电阻和电感。
——限制电阻的方法增大共回路导线的截面、减小共回路导线的长度和降低接触电阻；
——限制电感的方法减小共回路导线的长度和来回线的距离；
——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连接。
3）对共地阻抗产生的电磁干扰，可以用降低共地阻抗的方法，以去除共地阻抗产生的电路性耦合。
——接地的种类和作用
电子设备一般有两种接地。一种是安全接地，即将机壳接地，当机壳带电时，电源的保护动作，切断电源，以保护工作人员的安全；另一种是工作接地，给电路系统提供一个基准电位，同时也可将高频干扰引走。但是，不正确的工作接地反而会增加干扰，比如共地线干扰，地环路干扰等等。
工作接地按工作频率采用不同的接地方式。工作频率低的（小于1MHz）采用单点接地式，即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓；工作频率高的（大于30MHz）采用多点接地式，即在该电路系统里，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。其主要原因是接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰。工作频率在上述两者之间的可采用混合接地式。
此外，还有一种浮地式，即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。
——对接地电阻的要求
接地电阻越小越好。因为当有电流流过接地电阻时，其上产生的电压，将产生共地阻抗的电磁干扰。另外，该电压不仅使设备受到反击过电压的影响，而且使操作人员受到电击伤害的威胁。因此，一般要求接地电阻小于4Ω。
接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种：
一是降低接地线电阻，为此要用总截面大和长度小的多股细导线。
二是降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓和接地极作紧密又牢靠地连接，并要增加接地极和土壤之间的面积与接触的紧密度。
三是降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的电导率（如在土壤中注入盐水）。
——低频电路地
工作频率低于1MHz的一个电路采用单点接地式，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地式又分为串联和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。
为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外）。
地线的长度（L/m）与截面积（S/mm2）的关系为
S>0.83L （11）
——高频电路地
工作频率高于30MHz的电路采用多点接地式。因为接地引线感抗与频率和长度成正比，所以地线的长度要尽量短。多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。
——混合接地式
工作频率介于1～30MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。
本文关键字：电磁兼容 EDA/PLD技术，单片机-工控设备 - EDA/PLD技术
