EMC基礎(chǔ)知識超全總結(jié)

01傳導(dǎo)與輻射

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾;輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC 標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

02EMC標(biāo)準(zhǔn)及測試

國際標(biāo)準(zhǔn)：

1、國際電工委員為IEC

2、國際標(biāo)準(zhǔn)華組織ISO

3、電氣電子工程師學(xué)會IEEE

4、歐盟電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI

5、國際無線電通信咨詢委員CCIR

6、國際通訊聯(lián)盟ITU

6、國際電工委員會IEC有以下分會進(jìn)行EMC標(biāo)準(zhǔn)研究

-CISPR：國際無線電干擾特別委員會

-TC77：電氣設(shè)備(包括電網(wǎng))內(nèi)電磁兼容技術(shù)委員會

-TC65：工業(yè)過程測量和控制

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：

1、FCC聯(lián)邦通

2、VDE德國電氣工程師協(xié)會

3、VCCI日本民間干擾

4、BS英國標(biāo)準(zhǔn)

5、ABSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)

6、GOSTR俄羅斯政府標(biāo)準(zhǔn)

7、GB、GB/T中國國家標(biāo)準(zhǔn)

EMI測試：

1、輻射騷擾電磁場(RE)

2、騷擾功率(DP)

3、傳導(dǎo)騷擾(CE)

4、諧波電路(Harmonic)

5、電壓波動及閃爍(Flicker)

6、瞬態(tài)騷擾電源(TDV)

EMS測試：

1、輻射敏感度試驗(RS)

2、工頻次次輻射敏感度試驗(PMS)

3、靜電放電抗擾度(ESD)

4、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試(CS)

5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)

6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)

8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)

03EMC測試結(jié)果的評價

A級：實驗中技術(shù)性能指標(biāo)正常

B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，實驗后能自行恢復(fù)

C級：功能允許喪失，但能自恢復(fù)，或操作者干預(yù)后能恢復(fù)

R級：除保護(hù)元件外，不允許出現(xiàn)因設(shè)備(元件)或軟件損壞數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)

6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)

8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)

04EMC基礎(chǔ)理論

-電磁干擾的時域與頻域描述 :時域特性

-電磁干擾的時域與頻域描述 :頻域特性

-電磁干擾的時域與頻域描述 :周期梯形波的

-電磁干擾的時域與頻域描述:寬帶噪聲

-電磁干擾的時域與頻域描述:時鐘與數(shù)據(jù)噪聲

-分貝(dB)的概念

分貝是電磁兼容中常用的基本單位。

定義為兩個功率的比：

05傳導(dǎo)干擾耦合形式

1、共阻抗耦合

-由兩個回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流i，或變化的電流di/dt。

2、容性耦合

-在干擾源與干擾對稱之間存在著耦合的分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。

3、感性耦合

-在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。

-電場與磁場

電場：導(dǎo)體之間的電壓產(chǎn)生電場

-電場強度單位：V/m

磁場：導(dǎo)體上的電流產(chǎn)生磁場

-磁場強度單位：A/m

波阻抗：Zo=E/H

1、差模輻射：電流在信號環(huán)路中流動產(chǎn)生

2、共模輻射：由于導(dǎo)體的電位高于參考電位產(chǎn)生

3、PCB主要產(chǎn)生差模輻射

4、線纜主要產(chǎn)生共模輻射

5、差模輻射電場的計算

其中 ：

E:電場強度(V/m)

f :電流的頻率(MHz)

A:電流的環(huán)路面積(cm2)

I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)

6、共模輻射電場的計算

其中 ：

E:電場強度(V/m)

f :電流的頻率(MHz)

L:電纜的長度(m)

I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)

7、屏蔽的基本理論和設(shè)計要點

7.1屏蔽效能計算公式：

SE(dB)= R(dB)+A(dB)+B(dB)

R(dB)-reflection loss

A(dB)-absorption

B(dB)-re-reflection loss

7.2屏蔽設(shè)計的基本原則：

a、屏蔽體結(jié)構(gòu)簡潔，盡可能減少不必要的孔洞，盡可能不要增加額外的縫隙;

b、避免開細(xì)長孔，通風(fēng)孔盡量采用圓孔并陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時盡可能開小孔，多開孔，避免開大孔;

c、足夠重視電纜的處理措施，電纜的處理往往比屏蔽本身還重要;

d、屏蔽體的電連續(xù)性是影響結(jié)構(gòu)件屏蔽效能最主要的因素，相對而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影響是微不足道的(低頻磁場例外);

e、注意控制成本;

06EMC設(shè)計

EMC屏蔽設(shè)計：

1、通風(fēng)孔及開口設(shè)計

2、結(jié)構(gòu)搭接縫屏蔽設(shè)計

3、電纜從屏蔽體內(nèi)穿出

如果導(dǎo)體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。

4、穿出屏蔽體電纜的設(shè)計原則：

a、采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結(jié)構(gòu)，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。

b、采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。

c、采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉(zhuǎn)接，由于濾波器通高頻的特性，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

d、采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內(nèi)側(cè)(或者外側(cè))要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。

e、電源線通過電源濾波器出屏蔽體，由于濾波器通高頻的特性，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

f、采用光纖出線。由于光纖本身沒有金屬體，也就不存在電纜穿透的問題。

5、不良接地

6、屏蔽材料及應(yīng)用(導(dǎo)電布、簧片、導(dǎo)電橡膠)

7、截止波導(dǎo)通風(fēng)板

8、良好接地

07EMC接到設(shè)計

1、接地的概念及目的

a、一是為了安全，稱為保護(hù)接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導(dǎo)致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設(shè)備的安全。

b、二是為電流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地。

c、防雷接地，為雷擊提供電流泄放。

2、接地提供信號回流

3、單點接地

適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)

4、多點接地及混合接地

08EMC濾波設(shè)計

1、濾波

a、濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，阻止某段頻率范圍內(nèi)的信號沿線傳遞。

b、 濾波電路種類：反射、吸收。

2、濾波器件

a、電容(通用電容、三端電容)

b、電感(通用電感、共模電感、磁珠)

c、電阻

3、基本的濾波形式

4、差模濾波與共模濾波設(shè)計

5、電容和三端電容特性

6、共模扼流圈

7、鐵氧體磁珠

09EMC PCB 設(shè)計

1、PCB設(shè)計：

a、布局：同類電路布在一塊、控制最小路徑原則、高速電路間不要靠近小面板、電源模塊靠近進(jìn)單盤的位置

b、分層：高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件面下布一層地、近可能將兩個表層布地層、內(nèi)層比表層縮進(jìn)20H

c、布線：3W原則、差分對線等長，靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區(qū)

d、接地：同類電路單獨分布地，在單板上單點相連

e、濾波：電源模塊、功能電路設(shè)計板級慮波電路

f、接口電路設(shè)計：接口電路設(shè)計濾波電路、實現(xiàn)內(nèi)外有效隔離

2、布局的基本原則：

a、參照原理功能框圖，基于信號流向，按照功能模塊劃分

b、數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局

c、單板焊接面避免放置敏感器件或強輻射器件

d、敏感信號、強輻射信號回路面積最小

e、晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件或敏感器件遠(yuǎn)離單板拉手條、對外接口連接器、敏感器件放置，推薦距離≥1000mil

f、敏感器件：遠(yuǎn)離強輻射器件，推薦距離≥1000mil

g、隔離器件、A/D器件：輸入、輸出互相分開，無耦合通路(如相鄰的參考平面)，最好跨接于對應(yīng)的分割區(qū)

3、特殊器件布局：

a、電源部分(置于電源入口處)

b、時鐘部分(遠(yuǎn)離開口，靠近負(fù)載，布線內(nèi)層)

c、電感線圈(遠(yuǎn)離EMI源)

d、總線驅(qū)動部分(布線內(nèi)層，遠(yuǎn)離開口，靠近宿)

e、濾波器件(輸入、輸出分開，靠近源，引線短)

4、濾波電容的布局：BULK電容：

a、所有分支電源接口電路

b、功耗大的元器件附近

c、存在較大電流變化的區(qū)域，如電源模塊的輸入和輸出端、風(fēng) 扇、繼電器等

d、PCB電源接口電路

5、去藕電容的布局：

a、靠近電源管腳

b、位置、數(shù)量適當(dāng)

6、接口電路的布局的基本原則：

接口信號的濾波、防護(hù)和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護(hù)，后濾波

接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離

變壓器與連接器之間的信號網(wǎng)絡(luò)無交叉

變壓器對應(yīng)的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置

接口芯片(網(wǎng)口、E1/T1口、串口等)盡量靠近變壓器或連接器放置

7、布線：

走線短，不同類走線間距寬(信號及其回流線、差分線、屏蔽地線除外)，過孔少，無環(huán)路，回路面積小，無線頭

有延時要求的走線，其長度符合要求

無直角，對關(guān)鍵信號線優(yōu)先采用圓弧倒角

相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關(guān)鍵信號平行布線≤1000MIL

走線線寬無跳變或滿足阻抗一致

各國產(chǎn)品安全和EMC認(rèn)證組織

-歐美：CE

-美國：FCC&UL，NEBS

-日本：VCCI

-澳大利亞：CE

-中國：CCC

-臺灣：CE

-認(rèn)證申請

-提交認(rèn)證材料(認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品使用手冊等)

-產(chǎn)品測試

-完成測試報告

-頒發(fā)認(rèn)證證書

-產(chǎn)品發(fā)布

010EMC工程師八個技能

1、EMC的基本測試項目以及測試過程掌握;

2、產(chǎn)品對應(yīng)EMC的標(biāo)準(zhǔn)掌握;

3、產(chǎn)品的EMC整改定位思路掌握;

4、產(chǎn)品的各種認(rèn)證流程掌握;

5、產(chǎn)品的硬件硬件知識，對電路(主控、接口)了解;

6、EMC設(shè)計整改元器件(電容、磁珠、濾波器、電感、瞬態(tài)抑制器件等)使用掌握;

7、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計技能掌握;

8、對EMC設(shè)計如何介入產(chǎn)品各個研發(fā)階段流程掌握。

審核編輯：湯梓紅