EMC基礎(chǔ)理論概念

? ? ? ? 傳導(dǎo)與輻射

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡(jiǎn)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(hào)通過(guò)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(hào)通過(guò)空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)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(guó)政府或一些國(guó)際組織都相繼提出或制定了一些對(duì)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(guó)政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

? ? ? EMC標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

1、國(guó)際電工委員為IEC

2、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)華組織ISO

3、電氣電子工程師學(xué)會(huì)IEEE

4、歐盟電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)ETSI

5、國(guó)際無(wú)線電通信咨詢委員CCIR

6、國(guó)際通訊聯(lián)盟ITU

6、國(guó)際電工委員會(huì)IEC有以下分會(huì)進(jìn)行EMC標(biāo)準(zhǔn)研究

-CISPR：國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)

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

-TC65：工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織

1、FCC聯(lián)邦通

2、VDE德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)

3、VCCI日本民間干擾

?4、BS英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

5、ABSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

6、GOSTR俄羅斯政府標(biāo)準(zhǔn)

7、GB、GB/T中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

EMI測(cè)試

1、輻射騷擾電磁場(chǎng)（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(dòng)及閃爍（Flicker）

6、瞬態(tài)騷擾電源（TDV）

EMS測(cè)試

1、輻射敏感度試驗(yàn)（RS）

2、工頻次次輻射敏感度試驗(yàn)（PMS）

3、靜電放電抗擾度（ESD）

?4、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試（CS）

5、電壓暫降，短時(shí)中斷和電壓變化抗擾度測(cè)試（DIP）

6、浪涌（沖擊）抗擾度測(cè)試（SURGE）

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試（EFT/B）

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

EMC測(cè)試結(jié)果的評(píng)價(jià)

A級(jí)：實(shí)驗(yàn)中技術(shù)性能指標(biāo)正常

B級(jí)：試驗(yàn)中性能暫時(shí)降低，功能不喪失，實(shí)驗(yàn)后能自行恢復(fù)

C級(jí)：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(jí)：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(shí)中斷和電壓變化抗擾度測(cè)試（DIP）

6、浪涌（沖擊）抗擾度測(cè)試（SURGE）

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)試（EFT/B）

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

? ? ? EMC基礎(chǔ)理論

－電磁干擾的時(shí)域與頻域描述 :時(shí)域特性

－電磁干擾的時(shí)域與頻域描述 :頻域特性

－電磁干擾的時(shí)域與頻域描述 :周期梯形波的

－電磁干擾的時(shí)域與頻域描述:寬帶噪聲

－電磁干擾的時(shí)域與頻域描述:時(shí)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(gè)功率的比：

? ? ? 傳導(dǎo)干擾耦合形式

1、共阻抗耦合

-由兩個(gè)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(duì)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(chǎng)，即變化的電壓du/dt。

3、感性耦合

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

－電場(chǎng)與磁場(chǎng)

電場(chǎng)：導(dǎo)體之間的電壓產(chǎn)生電場(chǎng)

-電場(chǎng)強(qiáng)度單位：V/m

磁場(chǎng)：導(dǎo)體上的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)

-磁場(chǎng)強(qiáng)度單位：A/m

波阻抗：Zo=E/H

差模輻射與共模輻射

1、差模輻射：電流在信號(hào)環(huán)路中流動(dòng)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(chǎng)的計(jì)算

其中 ： ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? ? ? E:電場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)度(mA)

? ? ? ? ? ? ? ? r :測(cè)試點(diǎn)到電流環(huán)路的距離(m)

6、共模輻射電場(chǎng)的計(jì)算

其中 ： ??

? ? ? ? ? ? ? ??E:電場(chǎng)強(qiáng)度(V/m)

? ? ? ? ? ? ? ??f :電流的頻率(MHz)

? ? ? ? ? ? ? ??L:電纜的長(zhǎng)度(m)

? ? ? ? ? ? ? ??I :電流的強(qiáng)度(mA)

? ? ? ? ? ? ? ??r :測(cè)試點(diǎn)到電流環(huán)路的距離(m)

7、屏蔽的基本理論和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

7.1屏蔽效能計(jì)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(jì)的基本原則：

? ? a、屏蔽體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)細(xì)長(zhǎng)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(shí)盡可能開(kāi)小孔，多開(kāi)孔，避免開(kāi)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(duì)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(chǎng)例外）；

? ? e、注意控制成本；

? ? ? EMC屏蔽設(shè)計(jì)

1、通風(fēng)孔及開(kāi)口設(shè)計(jì)

2、結(jié)構(gòu)搭接縫屏蔽設(shè)計(jì)

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(duì)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(jì)原則：

? ? a、采用屏蔽電纜時(shí)，屏蔽電纜在出屏蔽體時(shí)，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(shí)，用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號(hào)接出屏蔽體，通過(guò)連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。

? ? c、采用非屏蔽電纜時(shí)，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(shí)，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(hào)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(guò)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(méi)有金屬體，也就不存在電纜穿透的問(wèn)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

? ? ? EMC接地設(shè)計(jì)

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(guò)高對(duì)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(hào)回流

3、單點(diǎn)接地

? ? ?適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)

4、多點(diǎn)接地及混合接地

? ? ? EMC濾波設(shè)計(jì)

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(hào)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(jì)：

5、電容和三端電容特性

6、共模扼流圈

7、鐵氧體磁珠

? ? ? EMC PCB 設(shè)計(jì)

1、PCB設(shè)計(jì)

? ? 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(pán)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(gè)表層布地層、內(nèi)層比表層縮進(jìn)20H

? ? c、布線：3W原則、差分對(duì)線等長(zhǎng)，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(dú)分布地，在單板上單點(diǎn)相連

? ? e、濾波：電源模塊、功能電路設(shè)計(jì)板級(jí)慮波電路

? ? f、接口電路設(shè)計(jì)：接口電路設(shè)計(jì)濾波電路、實(shí)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(hào)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(kāi)布局

? ? c、單板焊接面避免放置敏感器件或強(qiáng)輻射器件

? ? d、敏感信號(hào)、強(qiáng)輻射信號(hào)回路面積最小

? ? e、晶體、晶振、繼電器、開(kāi)關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件或敏感器件遠(yuǎn)離單板拉手條、對(duì)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(qiáng)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(kāi)，無(wú)耦合通路（如相鄰的參考平面），最好跨接于對(duì)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(shí)鐘部分（遠(yuǎn)離開(kāi)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(dòng)部分（布線內(nèi)層，遠(yuǎn)離開(kāi)口，靠近宿）

? ? e、濾波器件（輸入、輸出分開(kāi)，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(hào)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(jí)完全隔離

變壓器與連接器之間的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)無(wú)交叉

變壓器對(duì)應(yīng)的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒(méi)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(hào)及其回流線、差分線、屏蔽地線除外），過(guò)孔少，無(wú)環(huán)路，回路面積小，無(wú)線頭

有延時(shí)要求的走線，其長(zhǎng)度符合要求

無(wú)直角，對(duì)關(guān)鍵信號(hào)線優(yōu)先采用圓弧倒角

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

走線線寬無(wú)跳變或滿足阻抗一致