电子设备环境适应性与电磁兼容性设计

环境适应性设计措施1 

环境适应性设计涉及多方面专业知识、技术。不同环境因素采取不同的防护措施，主要体现在温度控制、防振动抗冲击、电磁防护和三防四个方面。解决这四个方面能大大提高综合检测设备的耐气候、机械、电磁以及生物、化学环境的能力。

耐高低温设计

对于印制板组件：其板上的功率器件，通过导热胶降低器件与散热器界面的接触电阻；带导热条的印制板，其夹紧装置、机箱壁之间应保证有足够的压力和接触面积；对于机箱中的各个单元热量分布均匀时，采用抽风冷却。

防霉、防潮湿、防腐蚀设计

选用防潮性能好的材料：不锈钢、铝合金等金属材料以及环氧型、聚酯型、有机硅型、聚酰亚胺型等绝缘防护材料作为产品的结构材料。

表面涂覆用有机绝缘漆涂覆材料表面，提高防潮性能，不能进行喷漆吃饭过的零部件采用导电氧化、镀锌镍的方式进行表面防护。

外壳顶部采用平滑结构,避免积水导致腐蚀;外壳结构采用无缝隙结构要确保其密封性和电接触性能；外壳与开关、电缆插头座等部件的连接部位采取密封措施。

采用同类型金属接触，以防电偶腐蚀。选用电位接近的金属。不同金属组成的构件，设计为阳极面积大于阴极面积，并采用两者都允许接触的金属或镀层进行调整过渡。

抗振动、冲击设计

安装在机壳上的组件/模块的连接刚度，保证三轴向的固有频率不应低于同轴向固有频率的1.5～2倍，印制板模块采取加固措施。监视器、计算硬盘、等货架产品用紧固件紧固，以提高抗冲击与抗振动的能力。

抗风能力

方位回转轴负载力矩风力矩为最大。按8级风，v=20.7m/s计算。由于天线使用环境的特殊性，本身自带离心力，结构物的干扰效应等，估计对天线上的风载荷增加20%，因此最大风力矩为3.6N·m。

抗恶劣环境设计

机箱根据接收处理分机使用环境的特点，采用密封式机箱设计，风道和模块等物理隔离，接插件选用气密连接器，连接器材料选用不锈钢，同时在机箱进出口接插件及盖板四周加密封圈，实现了机箱与外界环境隔离。

2  电磁兼容性设计

电磁环境分析

电磁环境主要由三个部分组成：电磁干扰源、偶和路径、接收器如图2-1电磁干扰模型。

 

图2-1电磁干扰模型组成

a 电磁干扰源

电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电放电、传送器、瞬时功率执行元件，比如说：机电式继电器、开关电源、闪电等。在一个微控制器系统里，时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被分散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达 300MHZ 的谐波干扰。

b 耦合路径

噪声被耦合到电路中最简单的方式是通过导体的传递。如果一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应将接受这个噪声并且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，就是这种的耦合的一种情况。由电源线携带的噪声就被传到了整个电路。耦合也能发生在有共享负载（阻抗）的电路中。例如，两个电路共享一条提供电源电压导线，并且共享一条接地的导线。如果一个电路要求提供一个突发的电流，由于两个电路共享共同的电源线和同一个电源内阻，则另一个电路的电源电压将会下降。该耦合的影响能通过减少共同的阻抗来削弱。但不幸的是，电源内阻抗是固定的而不能被降低，这种情况也同样发生在接地的导线中。在一个电路中流动的数字返回电流在另一个电路的接地回路中产生了地电位的变动。若接地不稳定，则将会严重的降低运算放大器、模数转换器和传感器等低电平模拟电路的性能。同样，对每个电路都共享的电磁场的辐射也能产生耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中并且干扰电路中的其它信号。

c 接收器（受体）

所有的电子电路都可以接受传送的电磁干扰。虽然一部分电磁干扰可通过射频被直接接受，但大多数是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，临界信号最容易受到电子干扰。

常规措施

保证设备电磁兼容性能的基本技术思路是：控制干扰源的发射、抑制干扰信号的传播及增强设备的抗干扰能力。

普遍采用的措施有：

a 硬件电路设计和PCB布局设计

硬件电路是电磁干扰的源头，也是电磁兼容设计的关键环节，在设备设计中充分分析了电磁兼容需求，在电路设计和PCB布局设计中采取有效措施，抑制干扰源的发射水平。

b  屏蔽设计

将设备或模块用结构件封闭，抑制电磁波从空间辐射出去或辐射进来，降低设备的对外辐射，提高设备抗外部辐射干扰的能力。

c  滤波设计

滤波可把有用信号频谱以外的干扰信号进行抑制，既可抑制对外干扰，也能够抑制外部干扰信号对设备的影响。

d  接地设计

接地的主要目的是在产品内部形成一个低阻抗回路以及等电位连接，可有效的抑制噪声的防止干扰。

上述措施既可以阻断设备作为干扰源对外的传导和辐射，也可以隔离外部干扰通过电缆和空间路径对设备的干扰，是具有通用性的措施。