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电磁兼容一、电磁兼容基本原理1、简述电磁兼容（EMC）的含义。电磁兼容的三要素是什么。答：EMC的含义：电磁兼容本身不是一门新的技术，它是基于电磁理论的一门应用学科；电磁兼容是指设备或系统在其电磁环境中正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。主要研究电磁干扰和抗干扰的问题。任何电磁兼容性问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。2、简述电磁干扰（EMI）的含义。产生电磁干扰的条件是什么？常见干扰源有哪些？答：电磁干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。根据干扰的耦合途径来划分，电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。产生电磁干扰的条件：1、突然变化的电压或电流，即dV/dt 或dI/dt很大2、辐射天线或传导导体当电压或电流发生迅速变化时，就会产生电磁辐射现象，导致电磁干扰。常见干扰源有：环境中的电磁干扰分为自然的和人为的两种。雷电是一种主要的自然干扰源；凡是有电压或电流突变的场合，肯定会有电磁干扰问题存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源。二、地线干扰与接地技术（突出PCB层次的接地技术而不是电路设计层次的接地技术）（一）电路设计层次的接地技术1、为什么要地线？简述地的分类。答：接地的目的：（1）电气设备从安全的角度考虑（即保护接地），接地是十分必要的；（2）从电路工作的角度看，为信号电压提供一个稳定的零电位参考点（信号地或系统地），接地也是必要的。（3）屏蔽接地地的分类：电子设备的“地”通常有两种含义：一种是“大地”（安全地），另一种是“系统基准地”（信号地）。具体分类有：（1）按照地的功能进行分类：信号地和安全地。（2）按照交直流进行分类：直流地和交流地（3）按照参考信号进行分类：模拟地和数字地（4）按照与大地的连接方式进行分类：系统地、机壳地、悬浮地（5）按照功率进行分类：信号地、电源地、功率地 注意：这里的信号地是狭义的概念，与前面介绍的信号地有点不同，务必注意。2、地环路干扰的示意图如下，简述地环路干扰形成的原因和解决地环路干扰的方法。答：地环路干扰形成的原因：地环路干扰是一种较常见的干扰现象,常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间。其产生的内在原因是地环路电流的存在。两个设备的地电位不同，形成地电压，在这个的驱动下，“设备1 互联电缆 设备2 地”形成的环路之间有电流流动。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，对电路造成干扰。由于互联设备处在较强的电磁场中，电磁场在“设备1 互联电缆 设备2 地 ”形成的环路中感应出环路电流，与原因1的过程一样导致干扰。解决地环路干扰的方法：解决地环路干扰的基本思路是有两个：一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压。另一个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际是将地环路切断，即消除了地环路。实用的方法是隔离变压器、光耦合、共模扼流圈、平衡电路等方法。3、地线公共阻抗耦合干扰的示意图如图A下，简述其形成的原因。答：当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就发生了公共阻抗耦合。由于地线就是信号的回流线，因此当两个电路共用一段地线时，彼此也会相互影响。一个电路的地电位会受到另一个电路工作状态的影响，即一个电路的地电位受另一个电路的地电流的调制，另一个电路的信号就耦合进了前一个电路。4、简述如图B所示放大器级间公共地线耦合问题的产生原因。改进的电路分别如图C、D，简述一下其原理。答：图中的放大器前后级之间由于共用了一段地线，结果，后级放大器的信号耦合进了前级的输入端，如果满足一定的相位关系，就形成了正反馈，造成放大器自激。改进的电路图C：是将电源的位置改一下，使它靠近后级放大器（功率较大），这样，后级较大的地线电流就不会经过前级的地线了。改进的电路图D：是后级放大器单独通过一根地线连接到电源，这实际是改成了并联单点接地结构。（二）PCB层次的接地技术三、印制电路板的布线技术1、配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制线路板的可靠性设计的一种常规做法，配置原则主要有哪些？答：(1) 电源输入端跨接10100F的电解电容器。如有可能，接100F以上的更好。(2) 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01F的瓷片电容，如遇印制板空隙不够，可每48个芯片布置一个110F的钽电容。这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz20MHz范围内阻抗小于1，而且漏电流很小（0.5A以下 ）。最好不用电解电容，电解电容是两层溥膜卷起来的，这种结构在高频时表现为电感。(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直接接入高频退耦电容。(4) 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。此外，还应注意以下两点：(1) 在印制板中有接触器、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吸收电路来吸收放电电流。一般R取12k，C取2.24.7F。(2) CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要通过电阻接地或接正电源。四、电源干扰与抑制1、简述电源共阻抗耦合干扰的形成原理。答：电源的共阻抗耦合干扰是由于供电线路具有分布电感，瞬态变化的电流将在这些电感上产生压降，当该电压降超过数字逻辑元器件的容限时就会产生干扰。例如：对于单电源给多个单元电路模块供电的系统中存在着共电源干扰，并且电源地内阻越大其干扰也越大。为了避免公用电源成为单元电路模块间的噪声耦合通道，要求电源馈线尽可能减低其阻抗，所以最好设有专有的电源层和接地层2、简述电源环路干扰的形成原理。答：电源供电线路在有瞬态变化电流流过时将向周围空间辐射电磁噪声，该强度正比于电流的环路面积、电流中包含的高频分量和电流强度。减少干扰的有效方法之一：减少其供电环路的面积3、简述电源干扰的抑制方法以及原理。答：通用的方法是采用去耦电容和减少供电线路阻抗（1）去耦电容：适当的电源去耦在印制电路板电磁干扰控制方面具有两个重要的优点：电源分配系统的电容量增加将减少分配系统的总阻抗，进而减少了电源公共阻抗耦合所产生的干扰；放置在集成电路芯片上的电源引脚与地线引脚之间的去耦电容器，使该基板的供电回路与信号线的总回路面积减少，进而减少了电源环路干扰。（2）减少供电线路阻抗根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，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。电源线的布置应与地线结合起来考虑，以构成特性阻抗尽可能小的供电线路。电源线和地线尽可能宽，并且相互靠近以使供电环路面积减少到最低程度。不同电源地供电环路不要相互重叠。4、在实际的PCB设计时，采用电源去耦时应该遵循哪些原则？答：用并联一个0.01uF的高频陶瓷电容器或独石电容器（对高速逻辑为0.001uF）的胆电容器在连接器上对VCC去耦；对于每两个双列直插式组件（DIP），用一只高频陶瓷圆片电容器对VCC去耦；电源的旁路与去耦的效果不仅与电容器的大小有关，并且还与旁路、与去耦电容的位置有关。五、信号完整性分析1、简述信号完整性的含义? 主要的信号完整性问题有哪些？答：信号完整性是指信号在信号线上的质量。信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。2、什么是反射现象？导致反射的因素有哪些？答：反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。3、信号反射的理想传输线分析模型如下，简述反射的形成机理。答：当,传输线的阻抗连续，不会发生任何反射，能量的一半消耗在源内阻，另一半消耗在负载电阻，负载完全吸收到达的能量，没有任何信号反射回源端，这种情况称为临界阻尼；如果负载阻抗大于传输线的特性阻抗，那么负载多余的能量就会反射回源端，由于负载没有吸收全部能