单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:王幸之

出品人:

页数:631

译者:

出版时间:2006-2

价格:59.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810777605

丛书系列:

图书标签:

• 23343
• 单片机
• 电磁干扰
• 抗干扰
• EMC
• 嵌入式系统
• 电子设计
• 电路设计
• 信号完整性
• 噪声抑制
• 电源设计

《单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术》 书籍简介 在现代电子设备日益普及和集成度不断提高的今天，电磁干扰（EMI）与电磁兼容（EMC）已成为影响系统稳定运行的关键因素。本书深入探讨了单片机应用系统在电磁环境中的表现，重点关注电磁干扰的产生机理、传播途径以及有效的抗干扰措施。 本书内容概览： 第一部分：电磁干扰基础理论与产生机理 1. 电磁干扰（EMI）与电磁兼容（EMC）概述 EMI与EMC的定义、重要性及其在现代电子设计中的地位。 EMI的分类（传导干扰、辐射干扰）和影响（功能异常、性能下降、数据错误等）。 EMC的基本要求与标准（如FCC、CE等）。 2. 单片机系统中的EMI源分析 高速开关信号： 单片机核心时钟、总线信号、GPIO输出的快速上升/下降沿是主要的辐射源。 时钟信号的谐波辐射：分析时钟频率及其高次谐波对周边电路的影响。 数据总线和地址总线的信号变化：并行总线的切换和串行通信的高速数据流产生的辐射。 I/O端口的快速开关：LED驱动、电机控制等端口的瞬间电流变化。 电源与接地系统： 不良的电源滤波和接地设计是EMI传播的重要通道。 电源去耦电容的作用与选择：分析不同类型电容（陶瓷、电解）的频率特性及最佳布局。 接地不良产生的地线阻抗和地弹：分析地线环路形成的EMI辐射。 差模和共模电流：它们在电源线和信号线上的传播机理。 PCB布局与布线： 不合理的PCB设计是EMI问题的根源。 信号完整性（SI）与EMI的关系：信号的反射、振铃、串扰如何引发EMI。 电源和地平面：理想的平面结构及其在降低EMI中的作用。 信号线的长度、阻抗匹配和走线间距：分析这些因素对EMI的影响。 高频信号的走线规则：差分走线、敏感信号的屏蔽等。 外部接口与连接器： 连接器和电缆容易引入外部EMI或将内部EMI向外辐射。 射频接口（如RF天线）的EMI特性。 连接器缝隙和接触不良产生的辐射。 屏蔽电缆和连接器的选择与安装。 其他EMI源： 外部电源适配器、开关电源、电感器件（如线圈、变压器）、晶振等。 第二部分：电磁干扰的传播途径与影响 1. 传导干扰（Conducted Interference） 通过电源线、信号线、地线传播的干扰。 共模和差模传导干扰的分析。 电源适配器、其他设备连接产生的传导EMI。 2. 辐射干扰（Radiated Interference） 通过空间电磁波传播的干扰。 PCB上的电流环路（如信号线和地线形成的环路）是主要的辐射天线。 高频时钟、高速数据线产生的辐射。 连接器、线缆的辐射。 3. 耦合机制 电场耦合（容性耦合）： 两个导体之间的电容作用，导致一个导体上的电压变化耦合到另一个导体。 磁场耦合（感性耦合）： 两个电流回路之间的互感作用，导致一个回路中的电流变化在另一个回路中感应出电压。 传输线耦合： 信号在传输线上传播时，由于阻抗不匹配或其他因素导致的能量反射和辐射。 电源/地耦合： 不同电路共享电源或地线时，一个电路的电流变化引起的电源或地电位波动，影响其他电路。 第三部分：单片机应用系统抗干扰技术 1. PCB设计与布局的抗EMI措施 合理的电源和地平面设计： 使用完整的、低阻抗的电源和地平面。 避免地平面分割，除非有明确的EMC原因（如分离数字地和模拟地）。 电源和地平面之间的耦合可以有效抑制辐射。 信号走线优化： 关键信号（如时钟、高速总线）走线应尽可能短。 关键信号应放置在PCB的内层，并有完整的地平面屏蔽。 高速信号应进行阻抗匹配，并考虑差分走线。 保持信号线与地平面之间的紧密耦合。 避免信号线之间的过度平行走线，防止串扰。 关键信号线应远离PCB边缘。 器件布局： 高频器件（如单片机、晶振）应靠近放置。 电源滤波电容应尽可能靠近器件的电源引脚。 输出驱动能力强的器件（如电机驱动IC）应远离敏感信号。 2. 电源与接地系统的抗干扰设计 有效的电源滤波： 在单片机电源输入端设置多级滤波，包括电源扼流圈（共模/差模）、去耦电容（陶瓷电容、钽电容）和磁珠。 选择合适的去耦电容值和布局，满足不同频率的滤波需求。 优化的接地系统： 采用单点接地或星形接地（在小型系统中）。 对于大型系统，采用多点接地，并确保接地路径低阻抗。 严格控制接地回路的大小。 屏蔽与隔离： 对单片机模块或整个设备进行金属屏蔽。 使用屏蔽电缆连接外部设备。 必要时采用光电隔离或隔离变压器。 3. 电路设计层面的抗干扰技术 降低信号的上升/下降时间： 通过软件延时或硬件限流电阻来减缓信号的跳变速率，降低高次谐波的辐射。 时钟信号的优化： 使用低抖动、低辐射的时钟源。 对时钟信号进行屏蔽或在PCB上进行合理布局。 考虑使用展频时钟技术。 使用差分信号： 对于高速通信接口（如USB、Ethernet），采用差分信号传输，利用其良好的共模抑制能力。 选择低EMI器件： 选择EMI特性更好的单片机、电源芯片等。 软件延时与时序调整： 通过软件延时或调整时序，避免同时驱动多个高电流负载，减少瞬态电流冲击。 4. 外部接口与电缆的抗干扰处理 滤波连接器： 在信号接口处使用带滤波功能的连接器，抑制传导干扰。 磁珠的应用： 在信号线和电源线上串联磁珠，吸收高频噪声。 屏蔽电缆和接地： 使用具有良好屏蔽性能的电缆。 确保屏蔽层的有效接地。 ESD保护： 在输入输出端设计静电放电（ESD）保护电路，防止ESD引起的瞬态过压损坏单片机。 第四部分：电磁兼容测试与评估 1. EMI测试基础 传导发射测试（CE）。 辐射发射测试（RE）。 2. EMS（电磁敏感性）测试基础 静电放电抗扰度测试（ESD）。 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试（EFT）。 浪涌（冲击）抗扰度测试。 射频辐射抗扰度测试（RS）。 射频传导抗扰度测试（CS）。 工频磁场抗扰度测试。 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度测试。 3. 单片机应用系统EMC评估与优化 通过设计审查、仿真分析和实际测试，识别潜在的EMC问题。 根据测试结果，对PCB布局、滤波电路、接地方式等进行调整优化。 本书旨在为单片机应用系统的设计者提供一套系统性的EMI/EMC知识体系和实践指南，帮助您开发出在复杂电磁环境中稳定可靠的电子产品。

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我是一个对技术细节非常感兴趣的普通读者，一直对电子设备在工作时所产生的电磁信号感到好奇。这本书的出现，恰好满足了我对这方面知识的渴求。我一直认为单片机系统非常神奇，但从未想过它也可能产生“电磁干扰”这种看不见摸不着的问题。这本书用非常通俗易懂的语言，解释了电磁干扰是如何产生的，以及这些干扰对单片机系统可能造成的影响。我特别喜欢书中关于“电磁兼容性”的介绍，它让我明白，不仅仅是单片机，所有电子设备都需要考虑这个问题。书中的图解非常清晰，我能够很容易地理解那些关于电磁场传播的原理。而且，这本书并没有仅仅停留在理论层面，它还介绍了许多非常实用的“抗干扰”方法，比如如何合理地布置元器件，如何选择合适的导线，以及如何使用屏蔽层来减少干扰。这些方法听起来都很简单，但书里都给出了详细的解释，让我觉得这些知识非常有价值，甚至可以应用到我日常生活中一些小的电子制作中。我尤其对关于“接地”的部分印象深刻，原来接地也有这么多的讲究，这让我认识到，一个小小的细节，可能就会影响整个系统的稳定性。

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我是一位在嵌入式领域摸爬滚打了多年的工程师，说实话，对于EMI/EMC这个领域，我之前一直抱有一种“知其然，不知其所以然”的态度。在实际工作中，遇到过不少因为EMI问题导致的系统不稳定，但往往只能靠经验和反复调试来解决，效率低下且效果难以保证。这本书的出现，可以说是及时雨。我最欣赏它的是分析问题的那种深入骨髓的彻底性。它不是简单罗列一些经验之谈，而是从源头上，比如电磁兼容性的基本原理，以及单片机内部工作产生的电磁辐射机制，进行了非常详尽的剖析。我特别喜欢其中关于电磁耦合的几种典型模型（容性耦合、感性耦合、传输线耦合）的讲解，结合图示，让我对干扰的产生和传播路径有了非常直观的理解。书中的抗干扰技术部分，更是让我眼前一亮。从硬件设计上的布局、屏蔽、接地，到软件上的滤波、时序控制，以及系统级的电磁兼容设计策略，都给出了系统性的阐述。我尤其对关于差模干扰和共模干扰的处理方法印象深刻，书中提供了多种有效的抑制手段，并且给出了具体的电路图和元器件选型建议，这对于我这种需要快速解决实际问题的工程师来说，非常有价值。

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这本书真的让我大开眼界！我一直对单片机应用系统很感兴趣，也接触过一些基础的知识，但涉及到电磁干扰（EMI）和抗干扰（EMC）方面，总觉得隔着一层纱，摸不着门道。这本书恰恰填补了我的这个空白。我尤其喜欢它从最基础的电磁场理论讲起，循序渐进，一点点揭开EMI的神秘面纱。很多之前让我头疼的现象，比如信号串扰、接地回路问题，在这本书里都有了清晰的解释。它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是，书中提供了大量实际案例和具体的解决方案。我读到关于PCB布局布线技巧的部分，那些关于走线长度、间距、屏蔽层的讲解，简直就像一位经验丰富的老工程师在手把手教我。还有关于滤波器的设计，以往我总是凭感觉来，现在看了书才知道原来是有章可循的，不同频段的干扰需要不同类型的滤波器，书里给出了非常详细的设计指南和选型参考，这对我今后的项目开发将会有巨大的帮助。更让我惊喜的是，书中还涉及了一些嵌入式系统中的EMI测试方法和标准，这让我觉得这本书的知识非常前沿和实用，不仅仅停留在理论层面，而是真正能指导实践。

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这本书对于我这个非专业背景但对电子技术充满好奇心的读者来说，确实是一份宝贵的资料。我一直觉得单片机系统在运行过程中，会产生一些“看不见摸不着”的干扰，但具体是什么，怎么产生的，又怎么解决，我之前是一无所知的。读完这本书，我感觉自己对这个领域有了全新的认识。它并没有一开始就讲得很深奥，而是从生活中的例子入手，比如家里的电器为什么会互相干扰，然后引申到单片机系统内部的电磁问题，这种由浅入深的讲解方式，让我更容易接受。书中关于电磁干扰的几个主要来源，比如开关电源、高速信号线、时钟信号的分析，让我能理解为什么某些情况下系统会突然失灵。更让我觉得实用的是，书中关于如何“预防”干扰的部分，而不是仅仅教我如何“处理”已经发生的问题。比如它讲到PCB设计时，强调了信号完整性，以及如何通过合理的布线来减少信号辐射，这对我以后自己设计电路板会有很大的指导意义。我特别喜欢书里提到的“就近原则”，比如电源和地线的连接，以及一些滤波元件的放置，这些看似简单的细节，却能对系统的稳定性产生巨大的影响。

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作为一名资深硬件工程师，我曾遇到过不少棘手的EMI/EMC问题，这些问题常常是“顽疾”，难以根治，耗费了大量的时间和精力。在阅读《单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术》之前，我主要依赖于行业内的经验和一些零散的技术文档。《单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术》这本书，以其系统性和前瞻性，给我留下了深刻的印象。它不仅仅局限于某一类单片机或某一种应用场景，而是从通用的电磁兼容理论出发，延展到各种单片机应用系统中的具体问题。我特别赞赏书中对于电磁兼容设计理念的强调，它不是将EMI/EMC视为事后补救，而是贯穿于整个产品设计流程。从原理图设计、PCB布局布线，到元器件选型、系统集成，都提出了详细的指导意见。我尤其关注书中关于“电磁辐射模型”和“电磁敏感性分析”的部分，这为我理解干扰的本质提供了理论支撑。此外，书中对于各种抗干扰技术的分析，比如滤波器设计、屏蔽技术、接地技术、滤波技术等的详细讲解，并且提供了大量的工程实例和设计公式，这对我解决实际工程问题提供了非常宝贵的参考。

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