EMC电磁兼容培训

EMC基础知识培训,目录,一、EMC概论及基础知识.Enter,二、EMC测试项目.Enter,三、EMC设计整改.Enter,四、ENC整改案例.Enter,一、EMC概述及基础知识,EMC：Electromagneticcompatibility，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骚扰。,EMC=MEI（电磁干扰）+EMS（电磁敏感度）,骚扰源：磁场、电场、电磁场传输途径：感应、电容、空间、线缆敏感设备：性能降低、功能丧失、损坏,EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC问题(发射源,途径,接收源),EMC技术：屏蔽、滤波、接地等。,产品类专标：通常不单独形成电磁兼容标准，而以专门条款包含在产品的通用技术条件中。产品类标准：这是根据特定产品类别而制定的电磁兼容性能的测试标准。如：GB9254信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。通用标准：给通用环境中的所有产品提出一系列最低电磁兼容性要求。如：GB/T17799.3电磁兼容通用标准居住商业和轻工业环境中的发射标准。基础标准：不涉及具体的产品，仅就现象、环境、试验方法、试验仪器和基本试验配置等给出定义及详细描述。如：GB17625.1电磁兼容限值谐波电流发射限值。,基础标准,通用标准,产品类标准,产品类专标,涉及电磁兼容的国际上标准化组织主要是国际电工委员会（IEC）。而其主要的组织为：第77技术委员会（TC77）和国际无线电干扰特别委员会（CISPR）。,二、EMC测试项目,EMC,EMI,EMS,RE,CE,Harmonics,Flicker,辐射发射,传导发射,谐波电流,电压闪烁,RS,CS,ESD,EFT/B,DIP/i,PMS,辐射抗扰度,传导抗扰度,静电放电,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,空间耦合,传导耦合,空间耦合,传导耦合,传导耦合和空间耦合,无线电业务的保护要求(36.201.1a),除36.201.1a)1)-3)规定的设备外，其他设备和系统应根据GB4824（工业、科学和医疗(ISM)射频设备骚扰特性限值和测量方法）进行分组、分类和测试。测试项目包括：辐射发射和传导发射,设备的分组与分类（GB4824）,设备的分组1组：本为发挥自身功能的需要而有意产生和（或）使用传导耦合射频能量的所有工科医设备。2组：为材料处理而有意产生和（或）使用电磁辐射射频能量的所有工科医设备。设备分类A类：非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。B类：家用和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。,大多数类型的设备和系统仅为其内部功能需要而产生或使用RF能量，因此属于1组。如心电图和心磁图设备和系统，脑电图和脑磁图设备和系统等等。另外一些预期以非RF电磁形式传递能量给患者的设备和系统也属于1组设备，如医疗成像设备和系统X射线诊断系统、CT系统、核医学系统、超声诊断系统等；治疗设备和系统X射线治疗系统、超声治疗系统、输液泵、呼吸机等；监视设备和系统阻抗体积描记监视器、脉冲血氧计等。只有少数设备和系统是施加RF能量给材料的（医疗设备是给患者），属于2组设备。2组设备常见的有：磁共振成像系统、透热疗法设备（短波、超短波、微波治疗设备）、热疗设备和高频手术系统等。,RE：辐射发射,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CISPR22中，测试频段为301000MHz，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。,在RE测试中，天线的高度、天线的极化方向以及转台的角度都需要不断改变，以求检测到设备辐射的最大点。天线接收到的总场强为直达和反思的矢量和。选择不同的工作模式，寻找最大值。RE测试可以在开阔场和半电波暗室内进行。,CE：传导发射,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。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150kHz30MHz。通信端CE、测试频段同上，此处描述的通信端指得是针对接到公网的端口，如网口等才有CE测试要求，而对于接终端的信号端口如音视频端口则无CE要求。,CE：测试示意图（电源端）,LISN：Lineimpedancestabilizationnetwork线路阻抗稳定网络,CE：测试示意图（电源端）,提供标准电源阻抗同时也提供一定的滤波器功能标准中定义应该使用“50uH/50ohm”LISN提供一个开关，使得可以测量L线或者N线,被测试设备接口,直接接入屏蔽房的AC市电,金属外壳,同轴电缆,CE：传导发射-实验等级,Harmonics：交流电源谐波,设备的输入电压为正弦波（50Hz或者60Hz），当该电压的输入负载为非线性电路（如：镇流器、开关电源、电子荧光灯等）时，将会使得输入电流发生畸变，即输入电流不为正弦波，根据傅利叶变换，非正弦波信号在频域将会存在谐波，这些谐波电流将会降低设备电源的使用效率，并且会倒灌至电网，对电网产生污染。测试上限为基频的40次谐波频率。,Flickers：交流电源闪烁,考察设备电源模块引起输入电源的频率变化能力，该中频率变化从设备端口反灌入电网，会引起电网频率的波动，导致对人体的伤害。测试标准：IEC61000-3-3。,辐射抗干扰RS：Radiatedsusceptibility,RS：辐射抗干扰，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：80M2500MHz，使用1kHz或2Hz的正弦波进行调幅。该项试验一般在全电波暗室内进行。,PMS：工频磁场抗扰度,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产品内部有磁敏感设备，如带线圈的设备如CRT,或设备内有摩尔器件等。试验示意,EFT/B：电快速瞬变脉冲群,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(开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰)。EFT/B波形及主要参数,受试设备,信号源,容性耦合夹,信号源,受试设备,耦合,去耦,电源端试验：耦合去耦网络（CDN）注入电源端；,EFT/B试验：,接电源或辅助供电设备,接辅助设备,信号端试验：容性耦合夹干扰耦合，信号线穿过容性耦合夹，容性耦合夹与信号线间有分布电容33-200pF，使干扰被注入信号电缆。,EFT/B：电快速瞬变脉冲群,电快速群脉冲(EFT)-适用环境,EFT/B：电快速瞬变脉冲群-结果判定,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。电源端测试包括L和N线间、L对保护地、N线对保护地、L【常用场合】：电源电缆或信号电缆。,电源滤波器,CY1=CY2,3、EMC屏蔽技术,屏蔽设计的关键要素,通风口,显示窗,键盘,指示灯,电缆插座,调节旋钮,电源线,缝隙,电缆进出屏蔽体对屏蔽的影响,电缆进出屏蔽体带来两个问题：1、结构开孔泄漏；2、电缆为屏蔽体内外提供感应耦合，降低屏效。,缝隙的屏蔽设计,缝隙屏蔽设计两种方式：紧固点压紧连接；屏蔽材料连接。,紧固点连接方式常用紧固方式：铆钉、螺钉、点焊，视具体结构方案选定。屏蔽材料的选择：缝隙屏蔽选用导电泡棉或者簧片材料、螺旋管、导电橡胶等。导电泡棉价格低，不易坏，应用方便，首选材料。簧片材料主要应用在活动缝隙场合，如门、拉手条等。,通风孔屏蔽设计,覆盖金属丝网（不推荐）：用于屏蔽要求不高，通风量大，同时有防尘要求的场合。穿孔金属板（推荐）：结构简单，价格低廉。截止波导通风板：用于EMI要求等级较高的场合。,屏蔽玻璃,显示玻璃表面金属丝网或涂覆导电漆。,显示电路和其他电路隔离,屏蔽舱,磁环方式,电缆进出屏蔽体设计,无金属线缆的缆线可自由进出屏蔽体，如光纤只需考虑开孔对屏蔽的影响。,非屏蔽线进出屏蔽体必须经滤波，以免干扰通过电缆向外传导或者二次辐射。,屏蔽体泄漏定位子流程,缝隙,孔洞,检查衬垫,衬垫安装,设法密封缝隙,衬垫质量,内部结构,有衬垫,无衬垫,仍有泄漏,无泄漏,完成,辐射源是否在孔洞附近,重新设计结构，使两者远离,缩小孔洞尺寸或用截止波导,磁场,电场,3、EMCPCB板技术,产生电磁干扰的前提条件1）突变的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大2）辐射天线或传导导体,PCB抑制干扰总结如下：1、减小差模信号回路面积；2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；3、减小共模电压（接地设计）。其中，1和3是PCBEMC设计的关键。,PCB分层设计,【设计原则】：多层板中，关键布线层（CLK、Bus、I/O、RF、Reset及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。【原理分析】：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线使信号回路面积减小，减小辐射强度或提高抗干扰能力。,【设计原则】：对于单层板，关键信号线两侧应该布地。【原理分析】：关键信号线两侧“包地处理”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间的串扰。注：关键信号两侧的地尽量多过孔，防止地变成天线。,【设计原则】：双层板关键信号线的投影平面上有大面积铺地。【原理分析】：原因靠近地平面布线使信号回路面积减小，减小辐射强度或提高抗干扰能力。,【设计原则】：多层板中，TOP、BOTTOM层无50MHz的信号线。【原理分析】：将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。,【设计原则】：f50MHz的多层板，若第二层与倒数第二层为布线层、则TOP、BOTTOM层应铺接地铜箔，且地平面多过孔。【原理分析】：接地铜箔可阻挡高频信号的对空间辐射。,【设计原则】：多层板中，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻。【原理分析】：电源面和地平面相邻，有效减小电源电流回路面积。,【设计原则】：在单层板中，电源走线附近须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。,【设计原则】：在双层板中，电源走线附近须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。,【设计原则】：分层设计时，避免布线层相邻。如无法避免，拉大两布线层间距，缩小布线层与其信号回路层间距。【原理分析】：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。,“布线层1”与“布线层2”不宜相邻,【设计原则】：PCB布局，沿信号流向直线放置原则，避免来回环绕。【原理分析】：避免信号直接耦合，影响信号质量。,【设计原则】：多个模块在同一板子时，数/模、高速/低速等分开布局。【原理分析】：避免数/模、高速/低速电路的串扰。,【设计原则】：PCB上同时存在高、中、低速电路时，遵从下图布局原则。【原理分析】：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。,【设计原则】：线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。【原理分析】：避免已经经过了滤波的线路被再次耦合。,【设计原则】：PCB板接口电路的滤波、防护及隔离器件应靠近接口放置。【原理分析】：防护、滤波和隔离效果好。,【设计原则】：晶振、继电器、开关电源等强辐射器件离PCB接口连接器1000mil。【原理分析】：干扰会直接向外辐射或在外出电缆上耦合出电流来向外辐射。,1、宽带噪声抑制方法,谱线问题描述：30300MHz频段内出现宽带噪声超标，如下图：问题定位：一般由电源或地噪声辐射引起。问题整改：通过在电源线上增加去耦磁环（可开合）进行验证，如果有改善则说明和电源线有关系，采用以下整改方法：,四、EMC整改案例,滤波器是否良好接地,如果设备有一体化滤波器，检查滤波器的接地是否良好，接地线是否尽可能短；建议：金属外壳的滤波器的接地最好直接通过其外壳和地之间的大面积搭接。,滤波器或滤波电路的输入输出是否隔离,检查滤波器的输入、输出线是否互相靠近。,滤波器,输入,输出,模块,PCB,适当调整滤波器件参数,适当调整X/Y电容的容值、差模电感及共模扼流圈的感量；需要注意的是：调整Y电容时要注意安全问题；改变参数可能会改善某一段的辐射，但是却会导致另外频度变差，所以需要不断的试，才能找到最好的组合。,适当增大触发极上的电阻值,如果设备使用开关电源，适当增大触发极上的电阻值不失为一个好办法；在上图中增加两个电容也可以有效减小共模开关噪声；,PWM电路,R,减小开关电源内的回路面积,开关电源板在PCB布线时一定要控制好各回路的回流面积，可以大大减小差模辐射。,差,好,单层板或双层板中电源走线的处理,电源线,地,电容,L,增加电容为电源去耦；,多层板中电源平面层的处理,要求电源平面和地平面紧邻；,地层,电源层,电源连接器插针定义是否符合要求,检查设备的板间电源连接器的插针定义。,非屏蔽设备内电源线的处理,在电源线上套磁环进行比对验证，以后可以通过在单板上增加共模电感来实现，或者在电缆上注塑磁环。,非屏蔽机箱,磁环,结构屏蔽设备的孔缝泄漏,屏蔽设备内部，孔缝附近是否有干扰源。结构件搭接处是否喷有绝缘漆，采用砂布将绝缘漆擦掉，作比较试验。,系统接地线同样可能引起宽带噪声,检查接地螺钉是否喷有绝缘漆；,系统接地线,X,屏蔽体内部,2、独立窄带尖蜂噪声抑制方法,谱线问题描述：全频段内出现间隔均匀的窄带尖蜂群噪声（如下图）或单立尖蜂噪声。问题定位：如果是均匀的窄带尖蜂群噪声，计算其间隔频率差是多少，这个频率差可能就是其辐射源的基频；如果是单立的尖蜂噪声，则看看这个尖蜂噪声和单板上的时钟频率是否有倍频关系。问题整改：有针对性的处理确定的目标时钟源。,时钟源外壳是否接地,在PCB板上：晶体外壳应该接地处理；晶振的接地脚应该接地；,时钟输出匹配设计,时钟的输出根据信号质量的要求使用始端匹配，适当变缓时钟沿，减小发射。需要注意的是，使用时钟驱动器时，时钟驱动的时钟输出同样需要匹配。,时钟源的电源滤波设计,采用磁珠大电容高频电容的滤波方式给时钟源进行滤波；,GND,晶振,R,BEAD,GND,电容,时钟源是否远离任何连接器（插座）,时钟源应尽可能远离外出接口以及结构开孔附近。,PCB板上时钟走线远离连接器（插座）,对于结构屏蔽设备，单板上时钟走线应远离单板上的外出接口和结构孔缝；,单层板或双层板上时钟线的处理,单层板或双层板上的时钟建议尽可能在时钟线的两侧包地线，条件不允许，也应该使时钟线和地线紧邻走线，即时钟线的一侧起码有地线，以减小时钟线的回流面积，减小差模辐射。,PCB,包地线,包地线,时钟源,多层板上时钟线的处理,时钟线走内层；,是否存在信号线跨其回流平面分割带,跨分割会使得信号回路面积增大，如下图比较；,时钟源是否尽可能靠近其负载,如下图，时钟源靠近负载的目的是使时钟走线即可能短；,时钟走线的粗细是否存在跳变,时钟线的粗细跳变会导致时钟信号出现阻抗失配问题，使时钟波形产生畸变，引起EMI问题；,时钟源或时钟走线是否靠近屏蔽结构孔缝,如下图，检查是否有时钟源或者时钟走线靠近结构开孔（缝），可以采用在孔缝上使用