嵌入式系统电磁兼容设计53页PPT

嵌入式系统中的电磁兼容与抗干扰设计在现代科技的发展中，嵌入式系统已经成为各个领域中不可或缺的一部分。

无论是汽车领域、医疗设备、航空航天，还是智能家居、物联网等，都离不开嵌入式系统的应用。

然而，随着系统的复杂度不断提高和频带的不断增加，电磁兼容性(EMC)和抗干扰(EMI)设计变得越来越重要。

嵌入式系统的电磁兼容性和抗干扰设计是确保系统正常工作的关键。

电磁兼容性是指在相同的电磁环境下，系统不会产生不可接受的电磁干扰，同时也不会对其他设备造成干扰。

抗干扰是指系统在外界电磁场的干扰下，依然能够正常工作，不受影响。

首先，为了保证嵌入式系统的电磁兼容性，设计人员需要在系统级别上进行规划和设计。

这需要考虑系统的物理布局、信号传输线路的走向、接地方法以及各个模块之间的电磁辐射和敏感性等方面。

通过合理的布局和阻隔设计，可以减少电磁辐射和传导干扰，从而提高嵌入式系统的电磁兼容性。

其次，电磁兼容性设计还需要注意信号线的布线和排布。

在布线方面，要避免平行线和信号线与电源线相交引起的串扰。

合理选择导线的宽度和间距，并使用合适的线缆材料和屏蔽技术，可以有效减少信号线之间的串扰和互相干扰。

另外，对于敏感信号线，如模拟信号和高速数字信号，更需要特殊的处理。

对于模拟信号，可以采用屏蔽线、差模传输和合适的滤波器等方法来减少噪声的影响。

而对于高速数字信号，除了使用差模传输和屏蔽线外，还需要考虑终端阻抗匹配和信号完整性等因素，以确保信号的准确传输和接收。

此外，在嵌入式系统中，地线的设计也是非常重要的一部分。

合理的地线设计可以提供稳定的地引用平面，减少环路电流的形成，从而减少电磁干扰。

同时，合理的地线布局还可以减小地线回流电流的路径长度，减少电磁辐射。

地线的设计需要遵循低阻抗和低感抗的原则，并注意避免回路间引起的干扰。

此外，抗干扰设计也是确保嵌入式系统正常工作的关键。

可以采用屏蔽技术、滤波器和接地技术等方法来减少来自外界的干扰。

屏蔽技术可以通过金属壳体或层层屏蔽材料来阻挡外界电磁场的干扰，从而保护系统内部的电路免受干扰。

嵌入式系统电磁兼容技术1引言EMC(Electromagnetic Compatibility)——电磁兼容(性)是一门多学科交叉的边缘性学科。

电磁兼容技术已在很多领域中得到广泛的应用，在嵌入式应用中也越来越受到重视。

任何电子设备在运行时会向周围发射电磁能量，可能会对其他设备产生干扰。

同时设备本身也可能受到周围电磁环境的干扰，电磁兼容研究的主要问题就是如何使处于同一电磁环境中的各种设备或同一设备中的各组件都能正常工作而又互不干扰。

2嵌入式系统中电磁兼容性的特点随着IC 技术的发展，新技术不断涌现。

高性能单片机系统逐步采用32 位字长的RISC 体系结构，运行频率超过了100 MHz，8 位单片机也采用新工艺提高系统速度扩展功能接口。

嵌入式系统正朝着高集成度、高速度、高精度、低功耗的方向发展。

同时，由于电子技术的广泛应用，电子设备密度升高，电磁环境恶化，系统的电磁干扰与抗干扰问题日益突出。

嵌入式系统中的电磁干扰主要通过2 种方式传播：(1)导线传播即通过设备的信号线、控制线、电源线等直接侵入敏感设备，这种方式称传导干扰。

(2)空间传播骚扰源周围空间存在着电场、磁场和电磁场，会对附近电子线路产生干扰，称为场干扰。

2．1传导干扰2．1．1传输线的分布参数特性(1)传输线的电阻任何导体都存在一定的电阻，在导线中流过直流或低频电流时电荷在导线横截面上是均匀分布的。

当导线中流过高频电流时，由于高频集肤效应，导线中的电流主要集中在导体的表面，而导线中心几乎没有电流，因此导线的交流电阻将大于直流电阻，且交流电阻与频率的二分之一次方成正比。

导线的交流电阻可用改变截面积形状的方法来减小。

同样截面积的矩形导线比圆形导线具有更大的表面，所以交流电阻比圆形导线小。

接地导线常采用扁平矩形导线来代替圆导线，以减小高频电阻。

(2)传输线的特性阻抗传输线具有电。

嵌入式系统设计中的电磁兼容性研究在现代的工业生产和科技领域中，电子设备已经成为普遍的存在。

随着技术的不断进步，嵌入式系统的应用范围越来越广，成为电子设备的重要组成部分。

但是，当这些设备共同存在时，它们之间的电磁干扰也越来越严重。

嵌入式系统的设计者需要关注电磁兼容性（EMC）的问题，以确保设备之间的互相干扰最小化，维护整个系统的稳定性。

嵌入式系统的电磁兼容性问题在设计中是需要重点关注的。

如果在电子设备的开发和制造过程中，没有重视电磁兼容性的问题，设备可能会产生电磁干扰，影响到其他电子设备正常工作，可能造成重大的经济和社会影响。

因此，为了确保设备的稳定性和安全性，嵌入式系统设计师在设计过程中需要考虑许多电磁兼容性问题。

一般来说，嵌入式系统设计者需要关注以下几个方面的问题来确保系统的电磁兼容性：1. 技术要求要保证嵌入式系统的电磁兼容性，在技术要求的制定上需要考虑电磁兼容性的相关标准和规定。

目前，国际上有许多关于电磁兼容性的标准，如CISPR（国际无线电干扰特种委员会）和IEC（国际电工委员会）等。

设计师应根据这些标准制定技术要求和测试方法，以确保设计的产品满足相应的电磁兼容性要求。

2. 设计技巧在嵌入式系统的设计中，设计师还需要运用一些电磁兼容性技巧。

这些技巧包括：（1）合适的电源滤波：设备内部需要有电源滤波，这有帮助减少电源电压的噪声和频谱中高频噪声。

（2）地电位平衡技术: 这项技术主要是为设备内部的线材和连接器提供一个统一的地电位，从而消除或减轻线材或连接器上的电磁场相互干扰。

（3）电缆屏蔽技术: 电缆屏蔽主要用来减小电缆传输中可能产生的电磁辐射或受到辐射的干扰。

3. PCB设计对于嵌入式系统设计者来说，很重要的一点是要考虑PCB的电磁兼容性。

PCB由于存在电源、信号线和无线电设备等硬件电路元器件，因此可能会在使用过程中发生电磁辐射。

为确保PCB的电磁兼容性，必须在设计过程中的元器件选择、布局和线路走向等方面进行优化。

嵌⼊式系统的低功耗电磁兼容设计1.什么是功耗设备输⼊功率和输出功率的差额。

2.嵌⼊式系统低功耗设计为什么重要1)低功耗设计可延长电池供电系统持续⼯作时间2)低功耗设计是延长系统使⽤寿命与提⾼系统稳定性的需要3)低功耗设计降低系统的散热要求4)低功耗设计有利于节约能源5)低功耗设计可减少系统的电磁辐射6)低功耗设计可提⾼系统的安全性3.动态功耗？静态功耗？静态功耗：门电路的状态不发⽣翻转时，门电路的功耗。

CMOS门电路的静态功耗⾮常⼩。

动态功耗：当门电路的状态发⽣翻转时产⽣的功耗。

电平发⽣翻转时，会产⽣瞬间的⼤电流，并引起负载电容的充/放电，产⽣较⼤功耗动态功耗是影响系统功耗的主要因素。

4.电容充放电功耗？瞬间导通功耗电容充放电功耗：随着CMOS门电路状态的改变，负载电容上不断发⽣充放电过程，从⽽产⽣功耗。

约占门电路全部功耗的70%到90%。

P turn=C L V DD2F瞬间导通功耗：具有零内阻的MOS管会在电源与地之间形成直接短路的现象造成的功耗。

占总动态功耗的5%到10%。

5.计算机低功耗设计基本原则？为什么有这样的原则？●电源电压宜低不宜⾼●时钟宜慢不宜快●系统宜静不宜动由动态功耗产⽣机制。

CMOS门电路总的平均动态功耗P=P turn+P short+P leakage其中电容充放电功耗和瞬时导通功耗组成的动态功耗是主要因素，静态功耗影响较⼩。

动态功耗是总功耗的主要部分，但静态功耗也是不可忽视的⼀部分。

6.某些集成的电路（如处理器）有多种功耗模式，？正常⼯作模式下全速运⾏，其它模式进⼊低功耗状态。

充分利⽤不同的功耗模式，可使系统的平均功耗显著降低。

7.CMOS门电路的功耗由哪⼏部分组成？CMOS门电路总的平均动态功耗P=P turn+P short+P leakage。

即电容充放电功耗，瞬间导通功耗及静态漏电流功耗。

8.数字集成电路器件的功耗与⼯作电压及⼯作频率有什么关系？为什么？由P turn=C L V DD2F可知，CMOS器件的功耗与开关频率呈线性关系，⽽与⼯作电压呈⼆次⽅关系，即器件的⼯作电压越⾼，时钟频率越⾼，则功耗越⼤。