根據(jù)EN60601-1-2要求所進(jìn)行的靜電放電測(cè)試（IEC 801-2：1991）

　　 病人界面上的漏電流限制，使信號(hào)電纜解耦和屏蔽等典型的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)不再適用于醫(yī)療設(shè)備。這個(gè)問(wèn)題推動(dòng)了有效的加固方法的發(fā)展。關(guān)鍵點(diǎn)經(jīng)常在印刷電路板布局和內(nèi)部連接的選擇上。用傳輸線(xiàn)和高頻阻抗控制等方法經(jīng)?？梢垣@得滿(mǎn)意的電磁兼容解決結(jié)果，這一點(diǎn)即使對(duì)于低頻模擬電路也是正確的。

?。保?保護(hù)評(píng)估
　　 了解需要保護(hù)的程度，比如箱體、電纜屏蔽、電路濾波和給定的電路要滿(mǎn)足的要求是最重要的。下面給出快速估算的步驟：

• 首先確定射頻干擾量級(jí)，單位用V/m（例如，3V/m）；

• 乘以預(yù)期的均勻場(chǎng)：當(dāng)在全鐵氧體布置的房間內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，乘以2，當(dāng)在半無(wú)反射室中試驗(yàn)時(shí)，乘以4。（本例 中，假定全鐵氧體布置的房間，乘以2，產(chǎn)生6V/m場(chǎng)）

• 將場(chǎng)強(qiáng)的單位轉(zhuǎn)換成分貝（6V/m=136dBμV/m）。

• 對(duì)于雙調(diào)諧偶極子天線(xiàn)間的耦合，扣除基本調(diào)諧偶極子天線(xiàn)的損耗因子，大約14dB；

• 如果頻率在電纜、PCB走線(xiàn)或設(shè)備尺寸（20log10f3/f0，式中，f3是電纜、PCB走線(xiàn)、設(shè)備長(zhǎng)度的四分一波長(zhǎng)頻率）的諧振長(zhǎng)度以下，則要減去理想損耗（-20lg（f3/f0）f3是電纜、PCB走線(xiàn)、機(jī)箱尺寸長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)1/4波 長(zhǎng)的頻率）。比如36英寸長(zhǎng)的電纜，其四分之一波長(zhǎng)諧振頻率是83.3MHz。如果f0是26 MHz，那么則應(yīng)減去 10dB。

• 在100的負(fù)載電阻上得到的數(shù)值為：136－14－10=112dBμV。

• 將112 dBμV轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性單位，這將產(chǎn)生一個(gè)400mV的感應(yīng)電壓。隨著負(fù)載阻抗的增加，感應(yīng)電壓也增加。對(duì)于100k的負(fù)載，電壓將差不多增加到2V。

• 對(duì)于帶內(nèi)頻率，將典型電路的帶內(nèi)噪聲域值與0.4 — 2V相比。在此例中，假定26MHz在放大器的有效帶寬內(nèi)，那么可用電路的噪聲域值，比如5mV，直接與干擾值相比，就得到了必需的保護(hù)水平。在這個(gè)例子中,所需 的保護(hù)在20lg0.4/0.005到20 lg2/0.005，或者是38 — 52dB，取決于負(fù)載阻抗。

　　 這僅僅是個(gè)近似值，建議采取應(yīng)嚴(yán)格的分析方法。此例中，感應(yīng)電壓在1/150～1/80之間變化，取決于負(fù)載阻抗，表示對(duì)負(fù)載阻抗的感應(yīng)電壓大小的評(píng)估。把此值與模擬電路的噪聲允許值比較，將對(duì)所需的保護(hù)環(huán)節(jié)有一個(gè)大致的了解。所需的保護(hù)包括：干擾頻率范圍上的電纜屏蔽保護(hù)，電纜屏蔽端接保護(hù)，箱體電纜入口的I/O 低通濾波，I/O共模扼流圈，差模驅(qū)動(dòng)和接收、光耦隔離等。

?。玻?電路響應(yīng)
　　 慮一下典型儀器的帶寬，放大器對(duì)26MHz的干擾有響應(yīng)似乎不合情理。但是，IC芯片內(nèi)部的保護(hù)二極管能夠?qū)馍漕l感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行直流整流，引起放大器發(fā)生直流偏置并使其進(jìn)入飽和狀態(tài)。另一個(gè)可能是二極管的非線(xiàn)性，阻止了射頻干擾，但允許對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制（需要1kHz），使其與所期望的信號(hào)一致。
　　 加固模擬電路的方法如下：

• 把所有電路視為射頻電路。不管工作頻率如何，將所有電路都視為高頻電路，并正確地對(duì)其進(jìn)行加固以防止高頻干擾。將電纜屏蔽層單端接地的做法雖然能夠防止電路受到低頻地環(huán)路的影響，但會(huì)使電纜受到四分之一波長(zhǎng)頻率以上頻率的遠(yuǎn)場(chǎng)感應(yīng)電壓的影響。必須使射頻防護(hù)措施在整個(gè)試驗(yàn)頻段內(nèi)（150kHz ~ 1GHz）都有效。

• 僅在一端接地屏蔽體。在高頻時(shí)，干擾差不多都是以共模形式出現(xiàn)或在元件引腳至地（或機(jī)殼）之間，而元件引腳與引腳之間則沒(méi)有。因此，元件引腳至地間的回路需要加以處理。在高頻時(shí)，外部電場(chǎng)在屏蔽電纜上感應(yīng)出電流。電流和電壓的最大值出現(xiàn)在四分之一波長(zhǎng)為電纜長(zhǎng)度的頻率點(diǎn)上。在電纜諧振頻率以上，電纜的屏蔽層開(kāi)始失效。

• 屏蔽體兩端接地。如果電纜屏蔽層在兩端接地，其主要受干擾頻率將發(fā)生在半波長(zhǎng)等于電纜長(zhǎng)度的頻率上，本例中為150MHz。如果屏蔽層的端接不是同軸方式，而是依靠小辮端接，則在諧振頻率的奇數(shù)倍的頻率上，屏蔽層將失去作用。單根小辮的屏蔽層端接意味著，最大的半波電流將僅通過(guò)小辮流動(dòng)，從而在小辮周?chē)a(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)。

• 端接同軸電纜屏蔽層。只有使屏蔽層上的電流通過(guò)多點(diǎn)接地，這些電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)才會(huì)相互削弱，從而保護(hù)連接器中的信號(hào)針。所有連接器應(yīng)是金屬的，并應(yīng)通過(guò)直接的金屬與金屬接觸連接到機(jī)箱上（連接器和機(jī)箱都應(yīng)是導(dǎo)電光潔表面）。應(yīng)使用屏蔽護(hù)套，例如常用的D型連接器的那種。最好使用鍍錫的“壓紋”D型連接器，最好不用DIN和小DIN連接器。

• 將屏蔽與非屏蔽引線(xiàn)安排到不同的連接器中。所有準(zhǔn)備用濾波的方式來(lái)加固的信號(hào)插針應(yīng)布置在同一個(gè)連接器中。連接器中的所有插針都應(yīng)濾波。各濾波電容的容量差別不超過(guò)10倍。屏蔽和非屏蔽引線(xiàn)不要穿過(guò)同一連接器。所有的屏蔽引線(xiàn)應(yīng)綁扎在一起，這樣它們可采用標(biāo)準(zhǔn)的端接方法來(lái)處理。對(duì)于多層屏蔽電纜，可通過(guò)一金屬導(dǎo)電帶短接在一起，或者使用專(zhuān)門(mén)的連接器護(hù)套，將每一層屏蔽都連接到連接器的外殼上。

?。常?濾波電容值
　　 如果在信號(hào)引線(xiàn)上采用線(xiàn)到機(jī)殼的濾波，那么其電容量會(huì)受到允許的泄漏電流的限制。濾波器中的共模電感的電感量如果較大，則電容的容量可以小些，同時(shí)仍然能夠滿(mǎn)足大多數(shù)電路所需要的低通濾波插損值。

• 對(duì)低頻模擬電路采用編織網(wǎng)屏蔽電纜。通常模擬電路設(shè)計(jì)人員們有一個(gè)共識(shí)：屏蔽電纜的屏蔽層只能在一端接地。這樣做的目的是防止屏蔽層中的地環(huán)路電流，這些電流會(huì)在負(fù)載電阻上感應(yīng)出噪聲電壓。絞線(xiàn)可以有效地減小“地環(huán)路”磁場(chǎng)耦合。因此，為了提高靈敏模擬電路的抗擾性，應(yīng)采用每英尺18絞距的雙絞屏蔽電纜，并且屏蔽層兩端都接地。

• 內(nèi)部I/O信號(hào)盡量在PCB上傳輸，而不通過(guò)引線(xiàn)。連接器上出來(lái)的引線(xiàn)應(yīng)通過(guò)線(xiàn)路板上的走線(xiàn)傳輸。即，這些走線(xiàn)應(yīng)直接連到I/O連接器的針上。這樣，信號(hào)走線(xiàn)可以獲得最大的共模（針對(duì)機(jī)殼）阻抗，從而減小高頻干擾耦合。

?。矗?PCB設(shè)計(jì)
　　 正如數(shù)字電路的線(xiàn)路板一樣，PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)置完整的地面和電源面，所有地線(xiàn)面應(yīng)該連在一起。這些地線(xiàn)面應(yīng)通過(guò)電容接到機(jī)殼，其電容值根據(jù)機(jī)箱允許的泄漏值來(lái)確定。接地的關(guān)鍵是地回路必須具有最小的電感。要是使用直流接地，電源地應(yīng)相對(duì)于機(jī)殼浮起來(lái)，而僅在在母板或底板上通過(guò)一點(diǎn)與機(jī)殼連接起來(lái)。

?。担?瞬態(tài)干擾
　　 通常，靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對(duì)數(shù)字電路的危害甚于其對(duì)模擬電路的影響。靜電放電在5 — 200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35MHz — 45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，結(jié)果，電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。
　　 當(dāng)電纜暴露在4 — 8kV靜電放電環(huán)境中時(shí)，I/O電纜終端負(fù)載上可以測(cè)量到的感應(yīng)電壓可達(dá)到600V。這個(gè)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了典型數(shù)字的門(mén)限電壓值0.4V。典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)時(shí)間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來(lái)，且將其兩端接地，使內(nèi)部信號(hào)引線(xiàn)全部處于屏蔽層內(nèi)，可以將干擾減小60 — 70dB，負(fù)載上的感應(yīng)電壓只有0.3V或更低。
　　 電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機(jī)殼線(xiàn)路。電源線(xiàn)濾波器可以對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)。線(xiàn) — 地之間的共模電容是抑制這種瞬態(tài)干擾的有效器件，它使干擾旁路到機(jī)殼，而遠(yuǎn)離內(nèi)部電路。當(dāng)這個(gè)電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時(shí)，共模扼流圈必須提供更大的保護(hù)作用。這通常要求使用專(zhuān)門(mén)的帶中心抽頭的共模扼流圈，中心抽頭通過(guò)一只電容（容量由泄漏電流決定）連接到機(jī)殼。共模扼流圈通常繞在高導(dǎo)磁率鐵氧體芯上，其典型電感值為15 ～ 20mH。

?。叮?結(jié)論
　　 實(shí)現(xiàn)電磁兼容的最好辦法將所有的數(shù)字及模擬電路均視為對(duì)高頻信號(hào)響應(yīng)的電路，用高頻設(shè)計(jì)方法來(lái)處理電纜屏蔽、PCB布線(xiàn)和共模濾波。采用整塊地平面和電源面也很重要，對(duì)模擬電路也該如此，這樣做有利于限制高頻共模環(huán)路。大多數(shù)瞬態(tài)干擾均屬高頻，并產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射能量。通常，該輻射能量通過(guò)I/O電纜耦合進(jìn)設(shè)備。一般情況下是通過(guò)模擬線(xiàn)路串入設(shè)備，然后再次耦合到高速數(shù)字電路，使其產(chǎn)生誤動(dòng)作。通過(guò)對(duì)所有模擬和數(shù)字電路的引線(xiàn)進(jìn)行濾波，便可對(duì)這些電路進(jìn)行保護(hù)。