电磁兼容设计技术
电磁兼容设计方案
电磁兼容设计方案1. 引言在现代电子设备的设计中，电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是一个十分重要的考虑因素。
由于电子设备在工作时会产生电磁辐射并对周围环境中的其他设备和系统产生干扰，如果没有进行充分的电磁兼容性设计，不仅会降低设备的性能和可靠性，还可能导致其他设备或系统的故障。
因此，本文将介绍电磁兼容设计的基本原理和几种常见的设计方案。
2. 电磁兼容性的基本原理电磁兼容性是指在特定工作环境下，电子设备不会产生不受控制的电磁干扰，并且不会受到其他电子设备的干扰。
在电磁兼容性设计中，主要涉及电磁辐射和电磁感应两个方面。
电磁辐射是指电子设备在工作时会通过电磁波的形式向周围空间传播电磁能量。
为了降低电磁辐射对其他设备和系统的干扰，需要采取一定的屏蔽措施，如使用金属外壳、引入地线和屏蔽罩等。
电磁感应是指电子设备会受到周围电磁环境中其他设备和系统的电磁干扰。
为了提高设备的抗干扰能力，需要进行周围环境的电磁干扰分析，并在设计过程中采取相应的抗干扰措施，如增加滤波器、降噪电路、使用扼流圈等。
3. 电磁兼容设计方案3.1 PCB设计在PCB设计中，采取合理的布局和层叠设计可以有效降低电磁辐射和电磁感应。
以下是一些常见的 PCB 设计方案：•分析和规划信号、电源和地线的布局，尽量避免布线交叉和平行走向，减小信号的环形电流。
•使用分层布局，将功率地线和信号地线分开，并通过合理布置等长的连接来减小回路面积。
•添加地线填充，增加整体的屏蔽效果。
•选择合适的线宽和距离，减小电磁辐射的强度。
•使用电磁兼容性强的材料来制作 PCB 板，如使用低介电常数的材料来减小信号传输时的串扰。
3.2 屏蔽措施在电子设备的设计中，屏蔽是一种常见的电磁兼容性设计方案，用来抑制电磁辐射和电磁感应。
以下是一些常见的屏蔽措施：•使用金属外壳或屏蔽罩来封装电子设备，减小电磁辐射的泄漏。
•在 PCB 和连接线上添加屏蔽层或屏蔽材料，阻挡电磁波的传播。
电磁兼容原理与设计技术
电磁兼容原理与设计技术哎呀，说起电磁兼容原理与设计技术，这玩意儿听起来就挺高大上的，不过别担心，我尽量用大白话给你聊聊这事儿，咱们就像在咖啡店里闲聊一样，轻松点。
首先，得说，电磁兼容，这词儿听起来挺玄乎的，但说白了，就是让电子设备们能和平共处，别互相干扰。
就像你和室友住一起，大家都得遵守点规则，比如晚上别太吵，这样大家才能相安无事。
举个例子吧，我有个朋友，他是个工程师，有一次他跟我抱怨说，他们公司新研发的无线耳机，老是和手机信号打架，一接电话就吱吱响。
这问题听起来挺头疼的，但其实就是电磁兼容的问题。
他跟我说，他们团队为了解决这个问题，可没少下功夫。
首先，他们得搞清楚，这干扰是从哪儿来的。
是耳机本身的问题，还是手机的问题，或者是其他电子设备的问题。
他们得一个一个排查，就像侦探一样，找出那个“罪魁祸首”。
然后，他们还得想出办法来解决这个问题。
这可不简单，得用到一些电磁兼容的原理和技术。
比如说，可能得调整一下耳机的电路设计，或者在耳机和手机之间加个屏蔽罩，防止信号互相干扰。
这个过程挺复杂的，得做很多测试，得反复调整，直到问题解决。
我朋友他们团队忙活了好一阵子，最后终于搞定了。
他说，当他们看到耳机和手机能和平共处，不再吱吱响的时候，那感觉就像解决了一个世纪难题一样。
这事儿给我的感触挺深的。
你看，电磁兼容原理与设计技术，听起来好像离我们很远，但其实它就在我们身边。
就像我朋友他们解决的那个耳机问题，其实也是在提升我们的日常体验。
所以，虽然电磁兼容这个话题听起来有点枯燥，但它其实挺重要的。
它关乎到我们每天使用的电子产品的稳定性和安全性。
就像我们平时说的“和气生财”，在电子设备的世界里，也是“和气生财”啊。
最后，我想说的是，虽然我们可能不是每个人都需要深入了解电磁兼容的原理，但至少得知道，这玩意儿挺重要的。
就像我们不需要成为大厨，但至少得知道怎么煮个面，不至于饿肚子，对吧？好了，聊了这么多，希望这能让你对电磁兼容原理与设计技术有个大概的了解。
舰船通信系统电磁兼容性设计技术
舰船通信系统电磁兼容性设计技术舰船通信系统电磁兼容性设计技术舰船通信系统在船舶的通信、导航、监控等方面起到了至关重要的作用。
然而，在现代军事化的海洋环境下，电磁干扰问题对舰船通信系统的影响日益突出，如何处理好电磁兼容性问题对于保证通信系统的正常工作至关重要。
因此，高效的电磁兼容性设计技术成为现代舰船通信系统的重要技术之一。
一、电磁兼容性的概念电磁兼容性是指在电磁环境下各电磁设备之间互相允许和协调使用的能力。
在现代军事化的海洋环境下，电磁干扰问题十分突出，因此电磁兼容性也就成为了现代舰船通信系统中不可忽视的设计要素。
二、舰船通信系统电磁兼容性设计技术1.电磁环境分析技术电磁环境分析技术是对特定的电磁干扰环境进行分析，然后针对这样的环境对通信系统进行设计和改进。
这一技术的核心是电磁场仿真技术，可以实现对特定环境下的电磁场进行模拟，并对其中可能出现的干扰进行模拟和预测。
2.电磁屏蔽技术电磁屏蔽技术是一种通过构造屏蔽体、吸收体等开展的技术手段，以防止电磁干扰的发生。
电磁屏蔽技术与电磁环境分析技术相结合，可以使通信系统在特定的电磁干扰环境中实现无干扰的通讯。
3.电磁耦合分析技术电磁耦合分析技术是一种针对通信系统中可能出现的电磁故障进行分析和预测的技术手段。
通过分析通信系统中电磁场的分布情况，判断一些可能导致通信系统失败的元件或模块，以便在设计或维护中加以控制和优化。
三、结论随着现代电子技术的发展，舰船通信系统的功能越来越强大，但其面临的电磁兼容性问题也越来越严重。
针对这一问题，现代舰船通信系统电磁兼容性设计技术的应用越发重要。
通过电磁环境分析、电磁屏蔽和电磁耦合分析等技术手段，实现通信系统在电磁干扰环境下的安全运行。
电子电路中的电磁兼容性设计方法
电子电路中的电磁兼容性设计方法电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指在电子系统中，各种设备和系统之间能够以相对自由的方式进行无干扰、互不干扰的工作状态。
电子电路中的EMC设计方法对于确保电子设备的正常运行和稳定性至关重要。
本文将介绍几种常用的电磁兼容性设计方法。
一、屏蔽设计法屏蔽设计是一种常见的解决电磁干扰问题的方法。
通过在电子设备的关键部位添加屏蔽罩，可以有效地阻挡外界干扰电磁波的进入，同时防止设备自身的电磁辐射对周围环境造成影响。
屏蔽罩通常由导电材料制成，如金属板材、金属网等，具有良好的导电性和屏蔽性能。
在设计时需要考虑到屏蔽罩的结构尺寸、材料选择、接地方式等因素，以达到最佳的屏蔽效果。
二、滤波器设计法滤波器设计是另一种常见的EMC设计方法。
滤波器可以将电路中的高频噪声滤掉，从而减少电磁辐射和接收到的外界干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
根据设计需求和电路特性选取合适的滤波器类型，并在电路中合理布置，可以显著提高电磁兼容性。
三、接地设计法接地设计是EMC中非常重要的一环。
良好的接地设计可以有效地消除地回路的干扰，保证设备的稳定运行。
在设计中，应根据电路的特性和工作环境选择适当的接地方式，如单点接地、分级接地等。
此外，还需要合理布置接地线路，避免接地回路过长或出现共模干扰等问题。
四、降噪设计法在电子电路设计中，降噪设计是提高EMC能力的重要手段。
通过合理布置电源线路、减小信号线的长度、增加滤波电容等方式，可以有效地降低电路中的噪声水平，提高系统的抗干扰能力，从而提高电磁兼容性。
五、辐射和传导阻抗匹配设计法辐射和传导阻抗匹配是保证信号传输正确无误的重要环节。
在电子电路设计中，应根据传输线路的特性和工作频率选择合适的传输介质和线路结构，以减小阻抗不匹配带来的辐射和传导干扰。
此外，还应合理布局电路和线路，减少电磁辐射和传导噪声。
电磁兼容设计方案
电磁兼容设计方案引言电磁兼容(EMC)是指电子设备在相互之间以及与外界电磁环境之间能够相互协调，互不干扰的能力。
在现代电子产品广泛应用的背景下，电磁兼容设计成为保障设备正常工作的重要环节。
本文将介绍电磁兼容设计的基本原理和常用的设计方案。
电磁兼容设计的原理电磁兼容设计的基本原理是通过控制电磁辐射和抗干扰能力，降低设备之间的相互干扰，保证设备正常工作。
电磁兼容设计的主要工作包括以下几个方面：电磁辐射控制电磁辐射是指电子设备在工作过程中释放的电磁波。
为了控制电磁辐射，可以采取以下措施：•优化电路布局：合理规划线路和电源的布局，减少电磁辐射。
•使用屏蔽材料：在电路板或组件周围添加屏蔽材料，以阻挡电磁波的传播。
•减少高频干扰：通过电缆、滤波器等方式减少高频干扰信号的传输。
抗干扰能力提升除了控制电磁辐射外，提升设备的抗干扰能力也是电磁兼容设计的重要内容。
以下是常用的提升抗干扰能力的措施：•优化电源设计：采用稳定的电源供电，以减少外部电源的干扰。
•使用滤波器：在输入和输出端口处加装滤波器，以抑制干扰信号。
•采用屏蔽措施：使用屏蔽线缆、屏蔽罩等措施，以减少外界干扰信号的影响。
常用的电磁兼容设计方案根据不同的应用场景和需求，可以采取不同的电磁兼容设计方案。
以下是常用的几种方案：PCB设计方案PCB设计是电磁兼容设计中的关键环节。
以下是一些常用的PCB设计方案：•地面设计：合理规划地面，减少电磁辐射。
•路径优化：通过合理规划信号线和电源线的路径，减少互相之间的干扰。
•分区设计：将不同功能的电路分区，减少相互之间的干扰。
外壳设计方案外壳设计是抑制电磁泄漏和接收外部干扰的重要手段。
以下是一些常用的外壳设计方案：•金属外壳：采用金属外壳能够有效屏蔽电磁辐射和外部干扰。
•导电涂层：在塑料外壳上添加导电涂层，提高屏蔽效果。
地线设计方案良好的地线设计能够减少电磁辐射和提升抗干扰能力。
以下是一些常用的地线设计方案：•单点接地：将所有地线连接到一个点上，减少地线之间的互相干扰。
电路板级的电磁兼容设计
电路板级的电磁兼容设计电磁兼容是现代电子设备设计中重要的一环，在电路板级的设计中尤为关键。
以下是几个重要的设计原则和方法，可用于电路板级的电磁兼容设计。
1.地线设计：地线是电路板设计中一个重要的组成部分，它扮演着连接和分配各种信号和电源的角色。
一个良好的地线设计可以有效地减小电磁辐射和电磁敏感性。
在地线设计中，应注意以下几个方面：-地位连接：确保地线连接短、粗、宽以及直接。
-地位平面：使用连续和全面的地位平面，降低环路电流的流动。
-地位隔离：将模拟和数字地位隔离开，以防止互相干扰。
-地位分割：将地位分成不同的区域，以隔离敏感的模拟信号和噪声源。
2.信号层规划：在多层电路板设计中，信号层的布局和规划对于电磁兼容性也至关重要。
以下是几个信号层规划的原则：-信号区域：将信号分组到不同的区域，确保相互之间的干扰最小。
-电源与地位：为每个器件提供干净的电源和地位，以降低电磁噪声的产生。
-信号路径：设计短而直接的信号路径，减小环路电流和辐射电磁场。
-高频信号：使用特殊板层来隔离高频信号，以阻止其在其他层之间传播。
3.输入输出接口的电磁屏蔽：输入输出接口通常是电子设备与外部环境连接的部分，容易受到外部电磁干扰的影响。
为了保护输入输出接口免受干扰，可采用以下方法：-电源滤波器：在输入电源线路上安装滤波器，以阻止电磁噪声进入设备。
-磁隔离：使用磁隔离器分离输入输出接口和电路板，阻止磁耦合干扰。
-屏蔽罩：采用金属屏蔽罩覆盖输入输出接口和相关电路，以隔离干扰源。
4.地线回流路径的设计：地线回流路径通常是电磁兼容性问题的焦点。
良好的地线回流路径设计可以最大限度地减小环路电流和电磁辐射。
以下是几个关键的设计原则：-低阻抗路径：确定良好的地线回流路径，以最小化环路电流。
-地位平面：使用连续的地位平面成为地线回流路径的一部分。
-层间连接：确保信号和地位通过好的层间连接，减小环路电流。
5.模拟与数字信号隔离：模拟信号和数字信号相互干扰是电磁兼容设计中的一个常见问题。
精品课件电磁兼容性设计ppt课件
无论是集成电路、PCB板还是整个系统，大部分噪声都与时钟频率及其 高次谐波有关。
合理的地线、适当的去耦电容和旁路电容能减小时钟辐射。
用于时钟分配的高阻抗缓冲器也有助于减小时钟信号的反射和振荡。
TTL和CMOS器件混合逻辑电路会产生时钟、有用信号和电源的谐波，因 此，最好使用同系列的逻辑器件。
铁氧体磁珠或串联电阻） －降低负载电容，以使靠近输出端的集电极开路驱动器而便于上拉，电阻值
尽量大 －处理器散热片与芯片之间经导热材料隔离，并在处理器周围多点射频接地 －电源的高质量射频旁路（解耦）在每个电源管脚都是重要的 －高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力 －需要一只高质量的“看门狗” －决不能在“看门狗”或电源监视电路上使用可编程器件 －电源监视电路及“看门狗”也需适当的电路和软件技术，以使它们可以适
模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路和低频旁路。
对每个运放、比较器或数据转换器的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都 是必要的。
对模拟电路而言，模拟本振和IF频率一般都有较大的泄漏，所以需要着 重屏蔽和滤波。
02:33
20
2.3 逻辑电路设计
对高频数字电路布局时应作到有关的逻辑元件应相互靠近，易产 生干扰的器件(如时钟发生器)或发热器件应远离其他集成电路。
应大多数的不测情况 －当逻辑信号沿的上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时，
应采用传输线技术
02:33
22
在逻辑电路中，数字信号的传输线的处理也相当重要。
当电路在高速运行时，在源和目的间的阻抗匹配非常重要。
否则过量的射频能量将会引起电磁兼容性问题。
芯片设计中的电磁兼容性分析技术有哪些创新
芯片设计中的电磁兼容性分析技术有哪些创新在当今科技飞速发展的时代，芯片作为电子设备的核心组件，其性能和可靠性至关重要。
而电磁兼容性（EMC）是确保芯片在复杂电磁环境中正常工作、不干扰其他设备且自身不受干扰的关键因素。
随着芯片集成度的不断提高、工作频率的增加以及应用场景的日益多样化，传统的电磁兼容性分析技术已经难以满足需求，因此一系列创新的技术应运而生。
一、三维全波电磁场仿真技术传统的电磁兼容性分析方法大多基于二维模型或简化的三维模型，这在面对日益复杂的芯片结构时存在较大的局限性。
三维全波电磁场仿真技术的出现是一项重大创新。
它能够精确地模拟芯片内部的电磁场分布，考虑到多层布线、过孔、封装等复杂结构的影响。
通过这种技术，设计人员可以更准确地预测电磁干扰的产生和传播路径，从而优化芯片布局和布线，提高电磁兼容性。
例如，在高速数字芯片设计中，信号的传输速度越来越快，信号完整性问题变得尤为突出。
三维全波电磁场仿真可以帮助分析高速信号在传输线上的反射、串扰等现象，从而合理地设计匹配电阻、端接电容等，减少信号失真和电磁辐射。
二、电磁拓扑分析方法电磁拓扑分析方法是将芯片及其周边环境看作一个由多个电磁单元组成的网络，通过分析这些单元之间的连接关系和电磁耦合特性，来评估整个系统的电磁兼容性。
这种方法的创新之处在于能够将复杂的电磁问题分解为相对简单的子问题，从而降低分析的难度和计算量。
在芯片设计中，电磁拓扑分析可以帮助确定关键的电磁耦合路径，针对性地采取屏蔽、滤波等措施。
比如，对于电源分配网络，通过电磁拓扑分析可以找出容易产生噪声的节点和路径，进而优化电源滤波电容的布局和参数，提高电源的稳定性和抗干扰能力。
三、多物理场协同仿真技术芯片在工作过程中会同时受到电磁场、热场、力场等多种物理场的作用，这些物理场之间相互影响。
多物理场协同仿真技术的创新在于能够同时考虑这些物理场的耦合效应，从而更全面地评估芯片的电磁兼容性。
以芯片的热效应为例，温度的升高会导致材料的电导率发生变化，进而影响电磁性能。
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I
L
ZW = Z0 = 377
ZW = Z0（2D/） / 2
A I
到观测点距离 r
20
寄生天线
偶极天线：只要两个体之间存在电位差，就 构成了偶极天线。 环天线：只要存在电流环路，就形成了一个 环天线。
21
常见等效偶极(单极)天线
VG PCB 接地线
机箱
子板 电缆
主板
笔记本 没接地的散热片
PCB电缆
28
频域中表示的辐射发射限值
29
时域 — 频域变换
t
时域周期信号
付立叶级数
f
离散的谱线
t
时域非周期信号
付立叶变换
连续频谱
30
脉冲信号的频谱
tr
A
d
V(f) = 2Ad
Sin(fd) fd
Sin(ftr) ftr
(V/MHz)
tr、d 的单位s，f的单位MHz，A的单位V
31
脉冲频谱的化简
V(f) = 2Ad
电压增益的分贝数
＝
20lg
V2 V1
电流增益的分贝数 ＝ 20lg I2 I1
25
用分贝表示的物理量
电压：用1V、1mV、1V 为参考（例如：1V = 0dBV） 则单位为：dBV、dBmV、dBV 等，
电流：用1A、1mA、1A 为参考，则：dBA、dBmA、dBA 场强：用1V/m、1V/m 为参考，则：dBV/m、dBV/m 等， 功率：用1W、1mW 为参考，则：dBW、dBm等，
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常见环天线
23
用天线的概念处理问题
1 用天线的概念看待设备中的导体,发现隐 蔽的天线 2 尽量消除这些具有天线性能的结构 3 不能消除时，控制天线的辐射 • 减小环天线的面积 • 减小两个导体之间的射频电压
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分贝(dB) 的概念
分贝的定义：分贝数
＝
10lg
P2 P1
P1、P2 是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：
20lg(2A/) – 20lgf
1/d
20lg(2A/2tr) – 40lgf
1/tr
lg (f)
33
周期性脉冲信号的频谱
A
d
tr
T
Cn = 2A (d+tr)
T
Sin[n(d+tr)/T] n(d+tr)/T
Sin(ntr/T) ntr/T
34
脉冲信号的频谱包络线
dBV
20lg (2Ad/T) -20dB/dec
辐射天线： 将端口上的电压变成电磁波
V V
16
基本天线结构
环天线 偶极天线
单极天线
V
V
V
17
环天线产生的辐射
D
A I
近场区内（ D〈 /2 ）: H = IA / (4D3) E = Z0IA / (2D2)
远场区内（D 〉/2） : H = IA / ( 2D) E = Z0 IA / ( 2D)
0V
+++++ 41
信号地
• 电路工程师：地线是电位参考点 • EMC工程师：地线是信号电流流回信号源的低阻抗路
径
42
地线引发干扰问题的原因
V=IR
电流走最小 阻抗路径
地线电压
我们并不知 道地电流的 确切路径
地线是等 电位的假 设不成立
地电流失 去控制
43
地线电位示意图
2mV 2mV ~ 10mV
26
“分贝”仅表示相对概念
1 0.1
99
1
10 99
SE = 20lg(100/1.1) 40dB
SE = ?
如果把绿色辐射体去掉，屏蔽体的屏蔽效能是多少？
27
频域分析
处理电磁干扰的问题必须熟悉频域分析：
• 电磁兼容标准中大部分指标都是在频域中表示的 • 对电磁干扰的各种措施都与频率有关 • 通过频率特征容易查找干扰源
方法、问题解决能力等）
7
课程内容
• 电磁兼容要求（标准）与试验方法 • 地线造成的干扰问题与解决方法 • 电磁屏蔽与搭接 • 电磁干扰滤波技术 • 电缆设计 • 线路板设计
8
通过学习本课程要达到：
• 对电磁兼容技术有全面的了解 • 掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术 • 在产品电磁兼容设计方面有明确的思路 • 使产品顺利通过电磁兼容试验 • 具备进一步学习的能力
地线与干扰有什么关系 应该怎样设计地线
为什么滤波并不有效 怎样实现有效的滤波
4
一个干扰的例子
RS105，脉冲电磁场试验
5
消除干扰的措施与结果
Байду номын сангаас
共模滤波电容
滤波的软件仿真结果
滤波的测试结果
6
实践电磁兼容技术
课程特点： 注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂
公式 内容实用，立竿见影 培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析
10mV ~ 20mV 20mV ~ 100mV
100mV ~ 200mV
200mV
9
第一章
预备知识与基本概念
10
电路之间的干扰
模拟电路
信号处理
电源
控制电路
（处理器）
11
电容耦合
电场
容抗： ZC = 1/jC
VS
ZL
VN
VN = VS[ZL/(ZC+ZL)]
12
电感耦合
I1
VN
13
公共阻抗耦合
数字 电路
模拟 电路
VN
14
传导性干扰
模拟电路
数字电路
15
天线
接收天线： 将天线上的电磁波变成端口 上的电压
A/m V/m A/m V/m
18
I
L
导线的辐射
D
近场区内: H = I L / (4D2) E = Z0I L / (8 2 D3)
远场区内: H = I L / (2 D) E = Z0 I L / (2 D)
A/m V/m A/m V/m
19
波阻抗的概念
波 阻 抗 E/H
377
ZW = Z0（/2D)
Sin(fd) fd
Sin(ftr) ftr
f很小
• 仅考虑最大值，sinX = 1
f较小
• 不考虑相位，仅考虑绝对值
• 当X趋于0时，sinX/X = 1
f较大
(V/MHz)
V(f) = 2Ad
2A
V(f) =
f 2A
V(f) =
2f2tr 32
脉冲频谱的包络线（对数坐标）
dBV/MHz 20lg (2Ad)
为什么要“调”电路
信号畸变
不能达到预期的功能
信号本身失真 • 反射 • 损耗
信号完整性
串扰
外界干扰
（辐射、传导）
地线、电源 噪声
电磁兼容设计
1
电磁兼容设计是必须的
产品
电路图
2
设备之间的干扰也不容忽视
数字脉冲电路
数 字 视 频 设 备
220AC
开关电源
3
怎样对付这些干扰问题
屏蔽 接地 滤波
选什么材料 屏蔽体怎样接地 屏蔽效能取决于什么因素
1/d
-40dB/dec
1/tr
lg (f)
35
上升沿越陡高频越丰富
36
扩谱时钟
37
扩频时钟的效果
38
频谱分析仪
幅度
分辨带宽
扫描速率 （时间）
频率范围
频率
39
第二章 地线干扰与接地技术
• 为什么要地线 • 地环路问题与解决方法 • 公共阻抗耦合问题与解决方法 • 各种接地方法
40
安全地
220V