EMC基础知识

EMC基础知识 目 录 为什么要学习 EMC EMC定义 研究 EMC的必要性 常见 EMC缩略语与标准分类 EMC测试项目简介 各 EMC测试介绍 1 为什么要学习 EMC 挑战 2004 % 2003 % RF设计 33% 29% 低噪声电路设计 38% 31% 信号处理 29% 24% 电源管理 24% 17% 热设计 13% 10% EMI/EMC设计 42% 36% PCB设计 14% 11% 逻辑设计 8% 7% 测试和测量 18% 13% 可制造性设计 19% 13% 可测试性设计 18% 12% FPGA/CPLD应用 13% -* 2004年中国电子工程师在设计产品过程中面临这各种各样的挑战 (2513位电子工程师 ) 2 EMC的定义 EMC： Electromagnetic compatibility，电磁兼容性 EMC定义 ：在同一电磁环境中，设备能够不因为其他设 备的干扰影响正常工作，同时也不对其他设备产生影响 工作的干扰。 EMC三要素，缺少任何一个都构不成 EMC问题。 3 研究 EMC的必要性（一） 市场准入的需要 全球各地区基本都设置了相 应的市场准入认证用以保护 本地区的电磁环境和本土产 品的竞争优势，北美的 FCC 、 NEBS认证、欧盟的 CE认 证、日本的 VCCI认证、澳 洲的 C-tick认证、台湾的 BSMI认证、中国的 3C认证 等都是进入这些市场的 “通 行证 ”。 4 研究 EMC的必要性（二） 产品间稳定工作的需要 如何保证设备不被 静电 、 雷击 、 快速瞬态脉冲群 、 辐 射电磁场 等各种形式的外来干扰影响其正常工作，如 何保证设备不会对同一电磁环境中的其他设备产生干 扰都是产品设计上的技术壁垒，同时又是客户眼中的 “ 产品质量 ”优良与否的体现； 5 研究 EMC的必要性（三） 产品内部兼容性的需要 产品内部各单板间是否能够和谐的工作、 电源电路 是 否会对 音视频信号 产生干扰、 PCB设计时 时钟电路 是 否会干扰 控制电路 等等都是产品设计时需要重点考虑 的问题，也是产品基本功能实现的保证问题。 6 常见 EMC缩略语与标准分类 EMC (Electromagnetic Compatibility)：电磁兼容性 EMI (Electromagnetic Interference)：电磁干扰 EMS (Electromagnetic Susceptibility)：电磁抗扰度 OATS (Open Area Test Site) ：开阔场 CISPR：国际无线电干扰特别委员会 IEC (International Electrotechnical Commission)：国际电 工委员会 EUT (Equipment Under Test)：受试设备 FCC（ Federal Communication Commission）：联邦通信 委员会 CE：字母 “CE“ 是法文句子 “Conformit Europene“ 的 缩写，意指欧盟。 7 EMC基础标准 基础标准 通用标准 产品类标准 产品标准 某种产品的专用标准。例如： GB 9813-88:微型数字电子计算机通用技术条件 某一类产品的标准，例如： GB 9254(CISPR 22)：信息技术设备 的发射要求 规定了一系列试验方法与限值要求，并且给出了这些方法要 求适用于什么环境，例如： EN50082-2：工业区环境抗扰度通 用标准 是制定其它 EMC标准的基础，通常不涉及具体产品类别。 例如： IEC 61000-4-X系列标准 8 EMC测试项目简介 EMC：电 磁兼容性 EMI：电磁 干扰 EMS：电 磁敏感 RE CE Harmonics Flicker 辐射发射 传导发射 谐波电流 闪烁 RS CS ESD EFT/B DIP/i PMS 辐射抗扰度 传导抗扰度 静电抗扰度 电快速瞬变脉冲群 电压跌落 /短时中断 工频磁场抗扰度 surge 浪涌抗扰度 9 ESD： Electrostatic discharge ESD：静电放电，考察 设备在接收外界静电源 （如带电人体、带电设 备等）所产生的直接放 电或静电场干扰时的抵 抗能力。 测试标准： IEC 61000-4- 2。 静电波形及参数 Tr约为 0.7至 1ns，因上升时 间非常短，根据傅利叶 变换，其产生干扰的频 率可以延伸至 500MHz。 10 ESD： 试验介绍 静电放电试验包含两个部分：直接放电和间接放电 直接放电 ：又包含接触放电和空气放电 接触放电主要针对设备表面的金属裸露部分进行。 空气放电主要针对设备表面覆盖有绝缘物质的地方进行，入喷有绝缘漆等。 直接放电主要模拟人体或其他带电源直接对设备放电的现象。 间接放电 ：只包含接触放电 对水平耦合板和垂直耦合板进行放电，耦合板距离设备一定距离，耦合板通过两 个 470k欧姆的电阻接地，所以当对耦合板放电时，耦合板上的静电不会马上泄放 到地，而以耦合板为静电源形成一静电场，对设备进行干扰。 模拟设备抗静电场干扰的能力 11 ESD： 静电枪内部电路 因静电的上升沿非常 短、且静电枪上的高 压开关非常昂贵，所 以静电抢的价格不菲 ，目前市场上比较常 见的静电抢主要都为 进口货。 12 ESD： 静电枪实物（ ESD simulator） 13 EFT/B： Electrical fast transient burst EFT/B：电快速瞬变脉冲群 模拟设备附近或设备所在的电网中发生切断感性负载 时导致的脉冲干扰。 测试标准： IEC 61000-4-4。 EFT/B波形及主要参数 双指数脉冲 15ms脉冲串 (5kHz) 脉冲串间隔是 300ms 上升沿： 5ns 脉宽： 50ns 干扰覆盖频率 ： 60至 100MHz 14 EFT/B： 试验介绍 EFT/B试验包含两个部分 电源端试验 使用耦合去耦网络（ CDN）进行注入。 信号端试验 使用容性耦合夹进行干扰耦合，具体 试验做法为使信号线从容性耦合夹中穿过 因为容性耦合夹和信号线之间存在分布电容（ 33至 200pF），从而使 得干扰被注入至信号线内部。 15 DIP/interruptions： 试验介绍 DIP/interruptions：该试 验主要是模拟交流电网 中接入大功率设备引起 的电网电压下降甚至短 时中断的现象，考察设 备在处于这种工作状态 中的性能稳定性。 交流测试标准： IEC 61000-4-11。 直流测试标准： IEC 61000-4-29。 跌落深度跌落深度 持续时间持续时间 性能判据性能判据 70 500ms C 40% 200ms C 0 10ms B 0 5s C 试验组合 16 DIP/interruptions： 试验介绍 试验仪器控制试验的跌落深度、持续时间以及跌落相 位。 其中相位为 0、 45 、 90 、 135 、 180 、 225 、 270 、 315 、 360 。 受试设备（ EUT） 试验仪器 电源 电源 17 Surge： 浪涌试验 浪涌试验用来模拟自然雷击或者电网中接入大容性 负载时所产生的脉冲对设备的影响。包含电源端 和信号端测试。 测试标准： IEC 61000-4-5。 电源端测试 包括 L和 N线间、 L对保护地、 N线对保护地、 L&N 对保护地，其中第一种属于差模干扰，后三种为 共模干扰。 信号端测试 如果是屏蔽线，干扰加在屏蔽层上，如果是非屏蔽 线，干扰加在信号线上，例如对用户线，直接加 在 AB线上。 18 Surge： 浪涌波形 浪涌波形有： 1.2/50(8/20)组合 波， 10/700电压波，其中 1.2/50 、 1.2/50(8/20)波形用在电源端 和室内信号端的试验上，而 10/700电压波用在室外信号端 的浪涌试验上。 上述波形中的 1.2、 8和 10都是 指波形的波前时间，单位为 us ， 50、 20和 700指得是波形的脉 宽，单位也为 us，可见浪涌波 形的能量远大于 EFT/B和静电 ，但是干扰频宽却要窄得多。 19 PMS： Power-frequency magnetic susceptibility PMS：工频磁场试验主要模拟 50Hz工频电力线所构成 的磁场（如大型变压设备附近的磁场等）对设备的影 响，对此项试验较敏感的主要是带线圈的设备如 CRT 等。 测试标准： IEC 61000-4-8。 试验示意 试验仪器 EUT 线圈50Hz电流 20 电力线感应： Power lines induction 电力线感应试验主要针对户外走线、线长大于 500m且 为非屏蔽的平衡线进行，如用户口，该项试验主要模 拟该类室外走线线缆因走线距离长且有可能和供电电 力线长距离平行走线，从而受到电力线的感应干扰。 测试标准： ITU-T K系列。 试验的组网为： 试验仪器 EUT A B 21 电力线碰触： Power lines contact 电力线碰触是一项故障试验，针对的接口为户外走线 、线长大于 500m且为非屏蔽的平衡线进行，如用户口 ，模拟电力线直接搭接到上述线缆上，当电力线和上 述线缆的绝缘漆因为时间长久而剥落时就会产生上述 电力线的问题发生，主要为一种过流现象。 测试标准： ITU-T K系列。 22 RS： Radiated susceptibility RS：辐射敏感度，该项试验的目的主要用来 考察设备对于外界电磁场干扰的抗扰能力， 例如在设备附近使用无线通讯设备时，设备 已经在进行一场考验了，测试频段： 80MHz 2000MHz，使用 1kHz的正弦波进行调幅。该项 试验需要在电波暗室内进行。 测试标准： IEC 61000-4-3。 23 CS： Conducted susceptibility 现在的空间存在太多的电磁噪声，当空间的电磁波的波长 和设备线缆的长度可以比拟时，电磁波将会耦合在此段 线缆上并产生感应电压 /电流，沿着该电缆流进设备内 部，从而对设备的正常工作产生干扰，上述的设备线缆 包含电源线和信号线。 测试标准： IEC 61000-4-6。 电源端 CS试验 此时频段 150kHz 80MHz，加入的试验电压根据产品类型 不同而不同，例如对于电信设备来说， CC08该项试验 时需要加 3V的骚扰电压，二对于 NT1来说则需加扰 10V 。 信号端 CS试验 测试频段同电源端试验，加扰的强度也因产品类型不同而 不同。 24 RE： Radiated emission RE主要是考察设备在正常工作时自身对外界的辐 射干扰强度，测试频段根据不同的标准要求不同 ，在 CISPR 22中，测试频段为 30 1000MHz，值 得注意的是设备进行 RE测试时标准要求尽可能满 配置、满负荷的运行。 RE问题是 EMC中的难点。 主要因为 RE设计产品 EMC设计的各个环节：屏蔽 、滤波、接地。 测试标准： ITE设备为 CISPR 22。 25 CE： Conducted emission 任何一个非便携式设备都和其他设备有电缆互连关系，无论是 通过电源电缆还是信号电缆，只要有这种互连关系的存在，设 备就有一个途径将自身的共模电流传导给与其互连的设备，这 种现象就叫传导干扰，又成为传导发射。 测试标准： ITE设备为 CISPR 22。 传导发射包含两个部分：电源端 CE和通信端 CE 电源端 CE：测试设备通过自己的电源端口向交流电网或直流配 电网络传送的干扰，测试频段为 150kHz 30MHz，（原来直流 的测试频段起始频率为 20MHz，新版的欧洲 386标准将其改为 150kHz，此外 FCC标准中测试频段也已经和 CISPR 22一致了） 。 通信端 CE、测试频段同上，此处描述的通信端指得是针对接驳 到公网