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基于S3C2440嵌入式系统主板的电磁兼容性设计

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摘要：为解决嵌入式高速主板存在的电磁兼容性问题，以基于S3C2440的嵌入式系统主板为平台，结合 EMIStream，Hyperlynx仿真软件，对整个主板设计进行板极电磁干扰控制，采用源端串联端接阻抗的方法有效地减小了共模辐射和差模辐射干扰对整个主板产生的电磁兼容性影响。结合仿真，采用源端端接阻抗的方法可消除潜在电磁干扰问题，减小了开发周期和开发成本。

关键词：电磁干扰；源端串联端接；共模辐射；差模辐射

随着电子设备的频率越来越高，世界各国对电子产品电磁辐射标准的执行变得越来越严格，如何保证能在有限时间很好地在设计阶段发现并解决EMI／EMC问题非常重要，而PCB往往是一个电子系统的核心构成部分，一个经仔细电磁干扰设计的PCB板，能大幅度降低阻抗不匹配、传输线问题、信号互相耦合等现象引发的信号反射、延迟等线路不稳定因素，同时也可达到降低电磁辐射发射干扰，大大提高系统的稳定性和可靠性。本文将以嵌入式系统主板为平台，运用 EMIStream仿真软件，并采用源端串联端接阻抗的方法分析了解决嵌入式高速主板存在的电磁干扰问题。

1 电磁兼容性

1．1 电磁兼容和电磁干扰

电磁兼容(electro magnetic compatibility，EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行，并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰(EMI)不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度(EMS)，即电磁敏感性。

电磁干扰(EMI)是指由于电磁骚扰而引起设备、系统或传播通道的性能下降。电磁干扰形成需要3个要素：

(1)电磁干扰源：产生电磁干扰的任何电子设备或自然现象。

(2)耦合途径：将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道或媒介。

(3)被干扰的敏感设备：受到电磁干扰的设备。

电磁干扰的耦合途径可分为传导耦合和辐射耦合两种。传导耦合主要是指沿电源线或信号线传输的电磁耦合。电子系统内各设备之间或电子设备内各单元电路之间存在各个连线，如电源线、传递信号的导线，以及公用地线等，这样就可能使一个设备或单元电路的电磁能量沿着这类导线传输到其他设备和单元电路，从而造成干扰；辐射耦合是指通过空间传播进入设备的电磁干扰。干扰源的电源电路、输入／输出信号电路和控制电路等导线在一定条件下都可以构成辐射天线。若干扰源的外壳流过高频电流时，则该外壳本身也成为辐射天线。在PCB电路板中，电磁能通常存在两种形式，差模EMI和共模EMI。

1．2 电磁干扰的危害

(1)对电子系统、设备的危害。电磁干扰有可能使系统或设备的性能发生有限度的降级，甚至可能使系统或设备失灵，干扰严重时会使系统或设备发生故障或损坏。

(2)对武器装备的危害。现代的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。这种辐射场能引起装在武器装备系统中的灵敏电子引爆装置失控而过早启动；对制导导弹会导致偏离飞行弹道和增大距离误差；对飞机会引起操作系统失稳，航向不准，高度显示出错，雷达天线跟踪位置偏移等。

(3)电磁能对人体的危害。电磁辐射能一旦进入人体细胞组织就要引起生物效应，即局部热效应和非热效应。电磁辐射引起人体病变症状有：头晕、乏力、记忆力减退、心悸、多汗、脱发和睡眠障碍等。

因此，电磁辐射已成为必须予以控制的环境污染内容之一，许多国家都已制订了《电磁波照射卫生标准》。

1．3 EMC的标准和规范

(1)国际级，例如IEC标准；
　   (2)分会议级，例如CISPR出版物；
　    (3)CE级，例如欧洲协调标准EN；
   　 (4)国家级，例如国家GB，FCC等；
　   (5)军用标准，例如国家军标GJB，美军标MIL。

2 嵌入式系统主板电磁兼容性设计

2．1 嵌入式系统主板

2．1．1 主板框图

该设计研究的嵌入式系统是基于Samgsung S3C2440处理器的10层主板，系统主频高达400 MHz，硬件配置有2颗64 MB的SDRAM，128 MB NAND FLASH，与CPU通信时，数据传输频率高达133 MHz，同时还配置有LCD触摸屏、Sensor图像采集模块、GPS模块、GPRS无线通信模块，以满足系统功能上的需求，主板框图如图1所示。