电磁兼容仿真试验报告

1-目录第一部分项目意义与目标电磁兼容的简介………………3在电子设计当中的EMI与EMC………………3PCB开发技术中的电磁兼容性………………4电路板整体布局及器件布置……………4地线技术…………………4去耦、滤波、隔离三大技术……………5第二部分项目内容项目内容………………………5项目要求………………………5第三部分项目设计与仿真项目介绍………………………6项目仿真………………………6项目的PCB制作………………7项目中的EMI以及EMC分析…………………8第四部分总结第五部分附件进度表…………13仿真程序………………………14第一部分项目意义与目标电磁兼容的说明：（一）电磁兼容的简介：电磁兼容性（EMC，ElectromagneticCompatibility）是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，联接各种设备的电缆网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题日显重要。电力系统中，在电网容量增大、输电电压增高的同时，以计算机和微处理器为基础的继电保护、电网控制、通信设备得到广泛采用。因此，电力系统电磁兼容问题也变得十分突出。例如，集继电保护、通信、SCADA功能于一体的变电站综合自动化设备，通常安装在变电站高压设备的附近，该设备能正常工作的先决条件就是它能够承受变电站中在正常操作或事故情况下产生的极强的电磁干扰。此外，由于现代的高压开关常常与电子控制和保护设备集成于一体，因此，对这种强电与弱电设备组合的设备不仅需要进行高电压、大电流的试验，同时还要通过电磁兼容的试验。GIS的隔离开关操作时，可以产生频率高达数兆赫的快速暂态电压。这种快速暂态过电压不仅会危及变压器等设备的绝缘，而且会通过接地网向外传播，干扰变电站继电保护、控制设备的正常工作。随着电力系统自动化水平的提高，电磁兼容技术的重要性日益显现出来。（二）在电子设计当中的EMI与EMC

EMI(ElectroMagneticInterference)直译是"电磁干扰"。这是合成词，我们应该分别考虑"电磁"和"干扰"。所谓"干扰"，指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音，摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花，拿起电话后听到无线电声音等，这些可以简称其为与"BCI""TVI""TelI"，这些缩写中都有相同的"I"（干扰）（BC：广播）那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义，即干扰源，也包括受到干扰之前的电磁能量。其次是"电磁"。电荷如果静止，称为静电。当不同的电位向一致移动时，便发生了静电放电，产生电流，电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。电以各种状态存在，我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态，决定如何检测，如何评价。EMC（ElectroMagneticCompatibility）直译是"电磁兼容性"。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰，也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。EMC这个术语有其非常广的含义。如同盲人摸象，你摸到的与实际还有很大区别。特别是与设计意图相反的电磁现象，都应看成是EMC问题。电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。（三）PCB开发技术中的电磁的兼容性印刷电路板设计中的电磁兼容性涉及多方面因数，以下主要从三大部分加以阐述，具体选择要综合各方面因数。一、电路板整体布局及器件布置1．一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的；在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉，过孔要尽量少；电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3：2或4：3；4层板比双面板噪声低20dB.6层板比4层板噪声低10dB.经济条件允许时尽量用多层板。2．电路板一般分模拟电路区（怕干扰），数字电路区（怕干扰、又产生干扰），功率驱动区（干扰源），故步板时要合理地分成三区。3．器件一般选择功耗低，稳定性好的器件，而且尽量少用高速器件。4．线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。5．外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。6．布线要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等……它们的走向应该是呈线形的（或分离），不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。上下层之间走线的方向基本垂直。整个板子的不想要均匀，能不挤的不要挤在一齐。7．在器件布置方面与其它逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些，特别是晶振下方不要走信号线。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另做电路板，这一点十分重要。二、地线技术1．模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V～0.6V，CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍，故数字电路具有较强的抗干扰的能力。良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰最大。2．数字地与模拟地分开（或一点接地），地线加宽，要根据电流决定线宽，一般来说越粗越好（100mil线经约通过1到2A的电流）。地线＞电源线＞信号线是线宽的合理选择。3．电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡。4．为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距离，在其安插一些零伏线作为线间隔离。特别是输入输出信号间。三、去耦、滤波、隔离三大技术1．去耦、滤波、隔离是硬件抗干扰常用的三大措施。2．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；原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF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1~10pF的但电容；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退藕电容；3．滤波指各类信号按频率特性分类并控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的交流电源线上，旨在让50周的交流电顺利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响系统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。4．典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不得进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少噪声源对单片机系统的干扰。对特别怕干扰的模拟电路，如高灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽本身必须接真正的地。第二部分项目内容内容要求：1、自选一种EDA软件（比如：multiSIM7、ProtelDXP或CadenceAllegro等）设计一射频电路。2、先对电路进行原理仿真和分析，确定电路功能的完整和可靠，并得到器件的相应参数。3、再将设计好的电路图进行PCB的布线，并进行仿真、分析，得到各电磁兼容的性能参数信息。4、必须应用接地、屏蔽、与滤波等技术和PCB电磁兼容设计等知识防止电磁干扰。第三部分项目设计与仿真本次项目中使用的电路为正弦波发生电路，原理图如下：项目原理图元件参数：（待补充）项目仿真本次项目采用MULTISIM进行仿真，仿真所使用的电路如下：项目仿真图仿真结果：MULTISIM仿真结果项目的PCB制作本次项目使用AlitumDesigner进行PCB的制作。1、未考虑ECM的PCB图如下：2、考虑EMC的PCB图如下：项目中的EMI以及EMC分析：原理图分析：原理图等效放大器1如图原理图等效放大器1，三极管Q2在电路中可以认为是一个等效放大器。其发射极本经R6直接与地线相接。考虑到去耦以及电路正常工作的问题，故在R6旁并接了一个电容C11。这样做虽然能让电路更好地工作（交流分量直接从C11回到地），但因此产生的问题为：假设Q2基极处（即在C5部分），在制作PCB时如果因为导线过长或者其他原因产生了电感效应，则会和C11，以及C3及其串联的电容组成另外的一个三端正弦波发生电路，对输出波形产生不利的影响。因此本项目在制作PCB的过程中，注意把Q2的发射极与C5尽量靠近，防止发生上述问题。原理图等效放大器2如图原理图等效放大器2，和原理图等效放大器1原理相似，三极管Q1在电路中可以认为是一个等效放大器。其发射极本经R4直接与地线相接。其集电极与电容连接（见原理图），与Q2相比，Q1在经R4接地前并没有再并入电容，这是考虑到了电路能否的正常工作的问题，但因此产生的后果为：因为三极管在接地前没有进行去耦，当产生的振荡频率很高时，振荡的电压会通过三极管的发射极发射，影响到整个电路的工作，对输出波形产生不利的影响。因此本项目中通过选择元件的参数，调整好振荡的频率，避免发生这种问题。原理图电源与地如图原理图电源与地，VCC电源与地相接时，先与电容相连。这样做的原因有二：1、降低因VCC电源电压不稳定而对电路的静态工作点产生影响。2、防止从地线返回的干扰电流和VCC合并，对对电路的静态工作点产生影响。PCB分析：未考虑EMC的PCB图未考虑EMC的PCB图总体分析：第一、器件的布局比较凌乱，容易产生EMI问题。第二、布线：走线长度不合理，将产生电感和电容效应。第三、电源的位置：电源应在电气连接上靠近地线，而不是如图仅仅只是位置靠近地线。第四、滤波电路的位置：根据原理图电源的滤波器应当靠近电源附近。第五、接地：地线在本PCB中没有起到很好的屏蔽作用，应使地线尽量从振荡部分旁走过，以减少空间电磁振荡产生的影响。PCB图局部分析：电源部分电源应在电气连接上靠近地线，而不是如图仅仅只是位置靠近地线。电源滤波电路如图所示，在两导线之间很容易产生电容效应。接地部分如图所示，接地部分的4点与导线之间容易产生电容效应。应直接把地线与各点相连接。滤波器部分振荡器部分1振荡器部分2考虑EMC后的PCB图考虑EMC的PCB图总体分析：第一、器件的布局比较整齐，不容易产生EMI问题。第二、布线：走线长度合理。第三、电源的位置：经调整后，电源不但在位置上靠近地线，在电气连接上也靠近地线。第四、滤波电路的位置：根据原理图电源的滤波器应当靠近电源附近。第五、接地：在本PCB中能很好地起到了屏蔽的效果。第四部分总结本次项目主要涉及到电路的设计、分析、仿真。因为以前我们已经学过对电路图进行PCB布线和仿真，所以这次的项目的难点主要集中在利用本学期所学的电磁兼容与抗干扰技术中的知识来分析电磁兼容性。通过分析可以得到电路电磁兼容的性能参数，在应用接地、屏蔽和滤波等技术和PCB电磁兼容设计知识来防止电磁干扰。在进行项目的过程中，我们了解到，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，联接各种设备的电缆网络也越来越复杂，此外，随着电力系统自动化水平的提高，电磁兼容技术的重要性日益显现出来。作为一个未来的工程师，我们学习电磁兼容与抗干扰技术和研究电磁兼容与抗干扰技术是非常重要的。目前，中国的电磁兼容技术以及抗干扰技术不算很强，很多人研究新的电子产品，不断的有新电子产品出现，但是产品的电磁兼容性要求就越来越高。为了让人们的生活更加方便，更加健康，我们在研究电子产品时也应该有所投资的去研究其电磁兼容性能，