电磁兼容设计规范(ppt 98页).ppt

电磁兼容性设计讲座，电磁兼容性系列讲座，定义，电磁兼容性：电磁干扰：电磁灵敏度：电磁兼容性，为什么要考虑电磁兼容性？国内外技术壁垒、强制性产品可靠性、电磁干扰试验：(见CISPR22/GB9254)、辐射发射试验、电磁屏蔽试验(GB/T17626)。系列)、静电放电抗扰度试验(. 2)射频电磁场辐射抗扰度试验(. 3)电气快速瞬变抗扰度试验(. 4)雷电浪涌抗扰度试验(. 5)射频场传导抗扰度试验(. 6)工频磁场抗扰度试验(. 8)电压瞬变降、短时中断和电压渐变抗扰度试验(. 11)、何时解决电磁兼容、电磁兼容三要素、干扰源敏感设备的传输路径、电磁兼容设计、接地滤波内部设计(印刷电路板)、电磁兼容设计三阶段、问题屏蔽阶段、规范设计阶段、分析和预测阶段、接地。接地旨在防止电击和消除干扰。接地可分为两类：安全接地(信号接地)和安全接地(安全接地)。安全接地是指接地，即用低阻抗导体连接电气设备的外壳，以免被人员意外触摸时触电。信号接地，信号接地除了提供一个参考点外，同时还能大大消除噪声干扰。由于噪声本身的特点，考虑接地时有不同的处理方法：单点接地多点接地复合接地、单点接地、系统或设备上只有一点接地，分为：串联单点接地；并联单点接地；串联单点接地。如果系统各线路或设备产生或需要的能量变化太大，串联单点接地不适用，因为高能量线路或设备产生的大量地电位会严重影响低能量线路或设备的正常运行。并联单点接地，并联单点接地的最大缺点是费时费力，因为接地线太多太长，从而增加阻抗，特别是在高频范围内更为严重。多点接地，当频率低于10兆赫时，更适合单点接地。在高频(10兆赫)情况下，由于接地线的长度和接地电路的影响，单点接地无法达到消除干扰的效果，因此此时必须采用多点接地。此时，接地线的长度也应尽可能缩短。下图中的每个接地点可视为一个机柜或一个接地板：复合接地、复合单点接地将线路或设备分类，同时串并联方式可同时降低噪音、减少施工、节省材料。框架系统接地树(例)，注意由于频率的关系，无论哪种接地方法都应尽量缩短接地线，否则它不仅会增加阻抗，而且还会产生辐射噪声，因为它的功能就像天线，接地线的长度l/20。无论采用哪种接地方式，最大的麻烦都来自于接地电流的产生，因此消除接地环路已成为设计者的一项测试。接地回路，下图是接地回路的形成：断开接地回路的方法，常用电缆，双绞线同轴电缆带状电缆，注意一点，接地线越短越好；电缆屏蔽层端接时应成环状；应规划不同的接地系统，以便在电子电路中使用中低频，与不同的回路(如信号、屏蔽、电源、外壳或机架)配合使用。只有这些电路可以连接在一起，然后在一个点接地。接地层应具有高导电性；如果线路中的元件经常产生大量突变电流，则该线路应配备单独的接地系统，或至少一个单独的回路，以避免影响其他线路。低能信号的接地应与其他接地隔离。不要单独安装双绞电缆。注2、低频应采用单点接地系统，高频应采用多点接地系统；良好的接地系统；Reducin高增益放大器的屏蔽应该连接到放大器的接地点。如果信号线的两端都接地，产生的接地回路很容易受到磁场和地电位差的干扰。去除接地回路的方法包括隔离变压器、光耦合器、差分放大器和扼流线圈。研磨的功能是在两种金属之间建立低阻抗路径。其目的是为电流提供一个均匀的结构以避免干扰。处理得当的搭接接头可以充分发挥屏蔽和过滤功能，减少接地系统中的射频电位差和电流回路，防止静电的产生，降低雷击和电磁脉冲的风险，防止人员误触电。然而，重叠而不仔细处理将增加干扰的程度，这种真正糟糕的设计比没有设计更有害。重叠形式，直接重叠：即重叠体之间的直接连接；间接研磨：即研磨体由金属线连接，适用于移动频繁的设备和安装有防震装置的设备。间接研磨时应特别注意共振效应，否则会引入噪音。重叠方法包括焊接、钎焊、焊接、发汗、铆接和螺纹连接。搭接加工时，搭接处，金属表面应清洁，不得有油漆或其他杂物，搭接完成后，可涂上油漆或其他防腐材料。此外，在研磨以及与盐水、汽油等接触时，应考虑不同金属的电化学效应。应该最小化以防止电能的影响。如果两种具有非常不同的电能特性的金属被搭接在一起，那么这两种金属之间的金属应该作为垫片放置在这两种金属之间。金属的电化学顺序，阳极端(最易腐蚀)是一类镁(镁)；第二类铝或铝合金；锌；镉；第三种碳钢；铁(Fe)；铅；锡(sn)；第四类镍；铬；不锈钢。第五类铜；银；黄金；铂(铂)；钛。阴极端(不易腐蚀)、铆接和螺纹搭接，铆接具有均匀性和省时的优点，但其使用弹性不如螺纹搭接，耐腐蚀性不如焊接、硬焊和软焊。铆接时，铆钉孔应与铆钉紧密贴合，铆钉孔边缘不得涂漆。重叠螺纹时，应注意垫片材料的选择和放置位置。通常，负荷分配垫圈直接放置在螺栓头或壳盖下方，而锁紧垫圈应放置在螺母和负荷垫圈之间。此外，切勿将齿形锁紧垫圈放在两个重叠的金属之间。注意，为有效实现搭接功能，搭接金属应紧密连接，连接面应均匀清洁，不得有不导电材料。固定时，应防止变形、振动和晃动。类似金属应尽可能搭接，必要时可使用垫圈。应尽可能使用直接搭接。如果情况不允许，应使用搭接接头，但在使用搭接接头时，应考虑：导线长度越短，电感电容比越好。电线的电化学顺序应低于搭接接头的电化学顺序。纵横比应小于5；应与搭接接头直接连接；不得使用自攻丝螺钉。屏蔽可以有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。屏蔽的目的有两个：第一，限制内部辐射的电磁能量穿过某个区域；第二是防止外来辐射进入特定区域。根据屏蔽的机理，屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。电场屏蔽的机理、电场屏蔽的设计要点，为了获得良好的电场屏蔽效果，有必要注意以下几点：屏蔽板应靠近被保护对象，屏蔽板的接地应良好。目的是增加C4的价值。屏蔽板的形状对屏蔽效率有明显的影响。例如，完全封闭的金属磁场屏蔽主要依赖于高磁导率材料的低磁阻，高磁导率材料充当磁通量的分流器，从而大大削弱屏蔽体内的磁场。磁场屏蔽的设计要点，以及提高磁场屏蔽效率的主要措施是：选择高磁导率材料，如坡莫合金；增加屏蔽体的壁厚；以上两项都是为了降低防护罩的磁阻。屏蔽物体不应靠近屏蔽体布置，以尽量减少通过屏蔽物体的磁通量。应注意磁屏蔽的结构设计。接缝、通风孔等。可能增加磁屏蔽的磁阻，从而降低屏蔽效果。为此，槽或细长通风孔可以沿磁场方向分布，这有利于减小屏蔽体在磁场方向上的磁阻；磁场屏蔽的设计要点(续)，对于强磁场屏蔽可以采用双层磁屏蔽的结构。为了屏蔽外部强磁场，屏蔽外层应采用不容易磁饱和的材料，如硅钢等。然而，可以在内部选择容易达到饱和的高磁导率材料，如坡莫合金。相反，如果要屏蔽内部强磁场，材料排列顺序应该颠倒。安装内外护罩时，注意它们之间的磁绝缘。当没有接地要求时，绝缘材料可用作支撑。如果需要接地，非铁磁性材料(如铜和铝)可用作支撑。然而，从屏蔽能力和防止电场感应的角度来看，通常需要接地。电磁屏蔽的机理。电磁屏蔽的衰减主要是基于电磁波的反射和吸收。电磁场屏蔽的机制不同于前述的电场屏蔽和磁场屏蔽。电磁屏蔽对电磁波的衰减有三种不同的机制：当电磁波到达屏蔽体的表面时，由于空气和金属界面处阻抗的不连续性，它们反射入射波。这种反射不要求屏蔽材料必须具有一定的厚度，而只要求界面处不连续。没有从表面反射并进入屏蔽体的能量在屏蔽体中向前传播的过程中被屏蔽材料衰减。这一物理过程被称为吸收；当屏蔽体中未被衰减的剩余能量转移到材料的另一表面时，当遇到金属和空气之间的不连续界面时，它将形成再反射并返回到屏蔽体。这种反射在两种金属的界面上可能有多次反射。屏蔽效能的计算，屏蔽效能s=a r b (db)，其中a为吸收损耗，r为反射损耗，b为正或负校正项；当A大于15dB时，B可以忽略不计，而B是由屏蔽体中的反射波引起的。上述公式中的每一项都可以看作是电导率和磁导率、频率f(赫兹)以及与铜材料相关的各种物理参数的函数。机柜(或屏蔽箱)屏蔽、结构材料，适用于底板和外壳的材料大多是良导体，如铜、铝等。可以屏蔽电场，主要屏蔽机制是反射而不是吸收。磁场屏蔽需要铁磁材料，如高磁导率合金和铁。主要的屏蔽机制是吸收而不是反射。在强电磁场环境中，需要材料屏蔽电场和磁场两个分量，因此需要结构良好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度、搭接和接地方式的影响。对于塑料外壳，外壳的内壁喷涂有屏蔽层，或者在蒸汽成型过程中混合金属纤维。屏蔽重叠、氧化层接触螺钉之间的清洁间隙：导电垫片压力、按优先顺序排列的各种垫片、穿孔、通风线、插头盒的屏蔽处理、面板：金属簧片面板引脚I电源的相线和零线之间存在差模干扰。过滤器的类型、常用的动力过滤器和安装过滤器，首先，过滤器的外壳应与设备的金属外壳有可靠的接触。设备的金属外壳应接地。其次，滤波器引线和安装位置也是非常重要的问题。信号滤波、电容磁珠共模扼流圈三端滤波器、印刷电路板的电磁兼容性、需要考虑的内容、电路的合理布局、地线的设计、信号走线的设计、电路板层选择器件的布置、印刷电路板的电磁兼容性分析基本定律、KShikhov定律：从源到负载的任何时域信号传输必须形成一个完整的回路，从源到负载的频域信号传输必须有一条阻抗最低的路径。法拉第电磁感应定律：当通过闭合导体回路限定区域的磁通量变化时，回路中将产生感应电动势和感应电流。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，它的方向总是阻止这个回路中磁通量的变化。印刷电路板走线阻抗，走线引线电感H:引线离地高度；钢丝宽度扁平钢丝长度；w:同向载流导体的宽度当两个反向载流导体非常接近时，确定元件的位置。根据不兼容原则，使用不同电源分离电路。电力线不相交，也不跨越区域。模拟和数字电路应与干扰源和敏感设备分开。高速和低速数字电路应分开。当高速、中速和低速数字电路混合时，应在印刷电路板上为它们分配不同的布局区域。对于低级模拟电路和数字逻辑电路，它们应该尽可能分开。每个印刷电路板中的背板、模拟地和数字地的布局应该分开，背板上的模拟地和数字地也应该分开。对于模数转换器的接地处理，由于模数转换器的模拟地和数字地在转换器中连接，所以印刷电路板的模拟地和数字地的连接点应该在转换器的下方。接地桥，对于特别敏感的线路或特别高频的线路，应使用接地桥与周围的线路隔离，同时确保相同的参考电平。不同电压电源的处理，3.3V信号的返回电流通过3.3电源层；5V信号的返回电流通过5V电源层；3.3V至5V之间信号的返回电流通过1-2nF的电容；对于多层印刷电路板的设计，在设计多层印刷电路板时应首先考虑带宽。应该强调的是，在数字电路的电磁兼容性设计中，应该考虑由数字脉冲的上升沿和下降沿决定的频率带宽，而不是数字脉冲的重复频率。矩形周期数字脉冲的傅立叶展开具有以下形式，t0是数字脉冲宽度，tr是数字脉冲的上升时间，t是数字信号的重复周期。根据该结果，方形数字信号印刷电路板的设计带宽可设置为1/ tr，通常考虑该带宽的十倍倍频。选择合适的器件是成功设计的一个重要因素，尤其是在选择逻辑器件时，尽量选择上升时间超过5ns的器件，不要选择时序超过电路要求的逻辑器件。多层印刷电路板的层间布置原则，电源平面应靠近接地平面，并布置在接地平面下方。这样，两块金属板之间的电容可以作为电源的平滑电容，接地层也对分布在电源层上的辐射电流起到屏蔽作用。布线层应靠近整个金属平面布置。这种安排是为了产生通量抵消。数字电路和模拟电路是分开的，当条件允许时，数字电路和模拟电路被布置在不同的层中。如果必须安排在同一楼层；可以通过挖沟、增加接地线、隔离和其他方法来补救。模拟和数字接地和电源应该分开，不能混合。挖苦多层印刷电路板的典型布局布置，20-h原理，20-H