EMC培训讲义-20140117

1、EMCEMC（电磁兼容）基础知（电磁兼容）基础知识和接地样例培训识和接地样例培训20222022年年2 2月月6 6日日2022/2/6 8:17前言前言 本课程主要通过以下三个方面对EMC进行介绍：uEMC概念（术语、定义、测试）；u基本理论（耦合机理、常用参数）；uEMC的设计保证措施，样例说明接地设计。22022/2/6 8:17纲要纲要 32022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 p 电磁环境：存在于给定场所的所有电磁环境现象的总和；p 干扰信号：损害有用信号接收的信号；p 电磁骚扰：任何可能引起装置,设备或系统性能下降或者对有生命及无生命物质产生损害作用的电磁现

2、象；p (对骚扰的)抗扰性：设备,装置或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力；p (电磁)敏感性：存在电磁骚扰的情况下,装置,设备或系统不能避免性能降低的能力；p 耦合系数：给定电路中,电磁量(电压,电流或功率)从一个规定位置传输到另一个规定位置,目标位置与源位置相应电磁量之比4名词解释名词解释2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 EUT = Equipment under testEMC = Electro-Magnetic Compatibility = EMI+EMSEMI+EMSEMI=Electronic-Magnetic Interference =Con

3、ducted Emissions (AC/DC)+Radiated Emission）+（Harmonics/Flicker）谐波电流测试EMS=Electronic-Magnetic Susceptibility=辐射（Radiated Immunity）+（RF Conduct Immunity）+静电放电（ESD)+电快速瞬变脉冲（BURST)+浪涌（Surge)+电压变化、突降/中断（Voltage dips and interruptions）+5英文简称英文简称2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 EMC(Electro-Magnetic Compatib

4、ility )是指电子、电器设备或系统在预期的电磁兼容环境下，按照设计要求能够正常工作的能力。 主要为研究控制和消除外部电磁干扰，使设备在电磁干扰环境下，不引起工作性能的降低或失效；降低设备对外骚扰，主要是不影响无线电通讯（国家控制）。6什么是什么是EMC ? 2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 u从电源线传导出来的电磁骚扰；u从信号线、控制先传导出来的骚扰；u从产品壳体（包含所有线缆）辐射出来的骚扰；u从电源端口传导出来的谐波电流（Harmonic）；u从电源端口产生的电压波动和闪烁测量；7EMI 研究内容研究内容 2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMC

5、EMC概述概述 u静电放电；u电源端口的电快速瞬变脉冲群；u信号线、控制线的电快速瞬变脉冲群；u电源端口的浪涌和雷击；u信号线、控制线的浪涌和雷击；u从空间传递给产品壳体的电磁辐射；u电源端口的传入的传导干扰；u电源端口的电压中断；8EMS 研究内容研究内容 2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 92022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 电磁兼容电磁兼容测试是根据有关电磁兼容标准规定的方法对设测试是根据有关电磁兼容标准规定的方法对设备进行测试，评估其是否达到标准要求。产品在定型和进入备进行测试，评估其是否达到标准要求。产品在定型和进入市场之前市

6、场之前EMC性能必须达到标准要求性能必须达到标准要求。 公司依据标准为公司依据标准为 10EMC测试依据测试依据GBT243382022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 11EMC测试项目测试项目-EMI测试测试测试通过空间传播的电磁能量. 辐射发射RE2022/2/6 8:18第一第一章：章：EMCEMC概述概述 12EMC测试项目测试项目-EMS测试测试2022/2/6 8:18纲要纲要 132022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 14EMC过程三要素过程三要素 电磁干扰电磁干扰三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备三要素：干扰源、耦合路径

7、、敏感设备2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 15电磁干扰源电磁干扰源n自然干扰源n天电噪声n宇宙噪声nn人为干扰源n无线电发射机n信息技术设备时钟、开关电源n静电放电n2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 16 传输传输途径途径n传导n公共电源、公共地线、互连线n辐射n通过空间传播：近场区或感应场区（电容耦合、电感耦合）、远场区（干扰源的发射的电磁能量以电磁波的形式，通过空间传播作用到接收器上)122022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 17 根据电磁的传输路径确定耦合机理。电磁骚扰传播或耦

8、合，通常分为两大类：即传导骚扰传播和辐射骚扰传播。通过导体传播的电磁骚扰，叫传导骚扰；通过空间传播的电磁骚扰，叫辐射骚扰。 2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 18传导干扰耦合形式传导干扰耦合形式n共阻抗耦合由两个回路经公共阻抗耦合而产生，干扰量是电流i，或变化的电流di/dt。n容性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着耦合的分布电容而产生，干扰量是变化的电场，即变化的电压du/dt。n感性耦合在干扰源与干扰对称之间存在着互感而产生，干扰量是变化的磁场，即变化的电流di/dt。2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 19辐射干扰辐

9、射干扰耦合耦合形式形式辐射耦合主要通过电磁场的传输进行耦合：n电场：导体之间的电压产生电场电场强度单位：V/mn磁场：导体上的电流产生磁场磁场强度单位：A/m2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 20辐射干扰辐射干扰耦合耦合形式形式 干扰通过空间传输实质上是干扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。场可分为近场和远场。近场又称感应场，远场又称辐射场。判定近场远场的准则是以离场源的距离r确定的。nr/2 则为远场 nr/2 则为近场 我们常用波阻抗来描述电场和磁场的关系，波阻抗定义为 Zo=E/H 2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基

10、本理论 21辐射干扰辐射干扰耦合耦合形式形式n远场区电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直称为平面波，电场和磁场的比值为固定值，为Zo=120=377欧。下图为波阻抗与距离的关系。2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 22 共模干扰（Common-mode）：两导线上的干扰电流振幅相等，而方向相同者称为共模干扰。的单位通用分贝来表示，分贝的原始定义为两个功率的比： 2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 23 差模干扰（Differential-mode）：两导线上的干扰电流，振幅相等，方向相反称为差模干扰：2022/2/6 8

11、:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 24 骚扰的单位通用分贝来表示，分贝的原始定义为两个功率的比： 通常用dBm表示功率的单位，dBm即是功率相对于1mW的值2022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 252022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 262022/2/6 8:18第二章：第二章：EMCEMC基本理论基本理论 27功率单位: dBW, dBm电压单位: dBV, dBmV, dBV电流单位: dBA, dBmA, dBA场强单位: dBV/m, dBV/m2022/2/6 8:18纲要纲要 282022/2/

12、6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 EMC设计设计则是则是产品产品设计过程中，利用一定的设计技巧和设计过程中，利用一定的设计技巧和额定的技术手段是产品的额定的技术手段是产品的EMC性能（包含产品的抗干扰能力性能（包含产品的抗干扰能力和产品的骚扰水平）提高，并能在一定的环境中，按照产品和产品的骚扰水平）提高，并能在一定的环境中，按照产品的设计期望正常的设计期望正常工作工作。 EMC设计不是硬件电路设计、结构设计或软件设计的设计不是硬件电路设计、结构设计或软件设计的独独立对象立对象设计，是一个设计，是一个过程控制过程控制设计方法。设计方法。 最后产品的最后产品的EMC性能好坏

13、还与产品的性能好坏还与产品的竞争力竞争力(工工作难作难稳稳定定)密切相关。密切相关。29EMC设计重要性设计重要性2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 p接地设计（工作地、保护地、雷击地、接地设计（工作地、保护地、雷击地、接地方法）接地方法）p屏蔽设计（通风、结构开口、出线缆、搭接）屏蔽设计（通风、结构开口、出线缆、搭接）p滤波设计（滤波设计（X电容、电容、Y电容）电容）pPCB设计（布局、分层、布线、匹配）设计（布局、分层、布线、匹配）30EMC设计措施总体介绍设计措施总体介绍2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 接地是抑制

14、电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要手段之一。正确的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外辐射干扰；反之错误的接地反之错误的接地反而会引入严重的干扰反而会引入严重的干扰，甚至使电子设备无法正常工作。 电子设备中的“地”通常有两种含义：一种是“大地”，另一种是“系统基准地”。接地就是指在系统的某个选定点与某个电位基准间建立低阻的导电通路。 31接地设计说明接地设计说明2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 EMC设计中的接地有两个目的，分别为： 一是为了安全，称为保护接地。电子设备的金属外壳必须接大地，这样可以避免因事故导致金属外壳上出现过高对地电压而危及操作

15、人员和设备的安全； 二是为电流返回其源点提供低阻抗通道。 32接地设计说明接地设计说明2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 33接地的样例说明接地的样例说明-改变共模电流流向改变共模电流流向分析分析A、B、C三三个不同接个不同接地和地和不接不接地地的效果的效果？参考接地板EFT寄生电容C1PCB板信号电缆2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 34接地的样例说明接地的样例说明-A点点(没有经过没有经过PCB电路电路)参考接地板EFT寄生电容？PCB板信号电缆IA2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措

16、施 35接地的样例说明接地的样例说明-B点点(经过经过PCB电路电路)参考接地板EFT寄生电容？PCB板信号电缆IB2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 36接地的样例说明接地的样例说明-C点点(完全经过完全经过PCB电路电路)参考接地板EFT寄生电容？PCB板信号电缆IC2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 37接地的样例说明接地的样例说明-无接地无接地参考接地板EFT寄生电容？PCB板信号电缆I无，因阻抗较大，电流分布广，电流较小，但并不能阻止共模电流进入产品2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设

17、计措施 38接地的样例说明接地的样例说明-结论结论n接地位置：应该接地位置：应该靠近靠近I/O端口；端口；nEMC要求要求PCB的工作地与金属外壳之的工作地与金属外壳之间直接等电位互联，当不能实现直接连间直接等电位互联，当不能实现直接连接时（安全、功能隔离、地环路）采用接时（安全、功能隔离、地环路）采用电容连接，电容为电容连接，电容为110nf。2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 39接地的样例接地的样例2说明说明EUT参考接地板信号线1信号线2100pF504KV5/50nsC1C22022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 4

18、0接地的样例接地的样例2说明说明n设定设定C110pF ；C250pF ；n则两个寄生电路的电流分别如则两个寄生电路的电流分别如下：下：nIC1 =10pF*4kV/5ns= ？nIC1 =50pF*4kV/5ns= ？电缆50pF/mPCB50pF/m导线0.01pF/m2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 41接地的样例接地的样例2说明说明EUT参考接地板信号线1信号线2100pF504KV5/50nsIC1IC22022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 42接地的样例接地的样例2-结论结论n输入端口输入端口位置位置：可能流过

19、共模电流的输：可能流过共模电流的输入端口应集中放置在入端口应集中放置在PCB板板同一侧同一侧；n当放置在同一侧是，且接地合适，共模当放置在同一侧是，且接地合适，共模电流不流过整个电路板和工作地；电流不流过整个电路板和工作地；n分散放置输入端口意味分散放置输入端口意味EMC风险的增风险的增加加。2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 43接地的样例接地的样例3说明说明 某产品采用金属外壳，在继续宁某产品采用金属外壳，在继续宁ESD测试时，发测试时，发现一螺钉位置极其敏感，进行接触放电现一螺钉位置极其敏感，进行接触放电2kV时，该产品时，该产品出现电路板复位现象。出现电路板复位现象。 经过分析，靠近螺钉出有一个芯片，芯片上有约经过分析，靠近螺钉出有一个芯片，芯片上有约2cm高的散热器，该散热器没有任何接地措施。高的散热器，该散热器没有任何接地措施。 当去掉散热器再进行当去掉散热器再进行ESD试验时，该螺钉位置的试验时，该螺钉位置的抗静电干扰能力提高到抗静电干扰能力提高到6kV。 是不是去掉散热是不是去掉散热器器2022/2/6 8:18第三章：第三章：EMCEMC设计措施设计措施 44接地的样例接地的样例3-原因分析原因分