EMC基本简介与相关测试

EMC基本简介与相关测试第1页/共56页一.EMC/EMI/EMS基本概念1.EMI简介2.EMS简介二.EMC相关测试1.传导测试2.辐射测试3.谐波测试4.电压闪动测试5.静电放电测试6.电磁耐受测试7.电源突波测试8.雷击波测试9.传导耐受测试10.电源频率磁场测试11.电源变动、瞬断测试内容目录第2页/共56页WhatisEMC/EMI/EMS?EMC---ElectroMagneticCompatibility,电磁兼容性EMI---ElectroMagneticInterference,电磁干扰EMS---ElectroMagneticSusceptibility,电磁耐受(电磁屏蔽）EMC=EMI+EMS既不过分干扰别人,又能承受一定程度之外界干扰一.EMC/EMI/EMS基本概念第3页/共56页EMI之现象EMS之现象遭受干扰致功能丧失，当机等RS来自电源线之电源突波、雷击波、电源变动、等等干扰。人手之静电放电幅射干扰传导干扰及电流谐波一.EMC/EMI/EMS基本概念第4页/共56页为什么要“调”电路信号畸变不能达到预期的功能信号本身失真反射损耗串扰地线、电源噪声外界干扰（辐射、传导）电磁兼容设计信号完整性一.EMC/EMI/EMS基本概念第5页/共56页EMC标准分析环境中的各种电磁干扰分析设备受电磁干扰的机理编成电磁兼容标准保证各类电子设备的正常工作及良好的电磁环境EMCTest/Measurement有两个重要之部份其量化了一固定程度，使一电子器材可在规定之范围上操作并且不会产生过量之EMI而造成其他电子器材之误动作---此为「干扰性」。2.前项之相反，其同样量化一固定之程度，使一电子器材可在一定义之干扰环境中操作并且不会产生误动作---此为「免疫性」。一.EMC/EMI/EMS基本概念第6页/共56页国家或组织制订单位标准编号IECCISPR

CISPRPub.IECTC77

IEC欧共体CENELEC

EN美国FCC，DODFCCPart,MIL-STD.日本VCCI

VCCI中国质量技术监督局,国防部门GB-GJB-标准编号的识别一.EMC/EMI/EMS基本概念第7页/共56页EMC/SafetyCertificationSchemeTypeCountryCertificationMarkTypeScheduleUSA/CanadaFCCPart15FCCDoC2WeekEuropeENStandardsCEDoC2WeekChinaGB9254CCCTypeApproval8WeeksTaiwanCNS13438BSMITypeApproval4WeeksJapanVCCI22VCCIRegistration2WeekKoreaCISPR22MICTypeApproval4WeeksAustraliaAS/NZS3548C-TickDoC2WeekRussiaCISPR22,24,TCOGOSTTypeApproval5WeeksUSA/CanadaUL1950UL/CSALicensing2-3WeeksEuropeTUVEN60950TUV/LVD/CEDoC2-3WeeksChinaGBCCCTypeApproval8WeeksScheduleisbasedontheEUTcancomplywithrelativestandardandnomodificationrequired.EMCSAFETY一.EMC/EMI/EMS基本概念第8页/共56页USAFCCULCanadaCSACULEuropeCETUVChinaCCCWorldwideCertificationServiceJapanVCCIJATETaiwanBSMIDGT一.EMC/EMI/EMS基本概念第9页/共56页开关电源数字脉冲电路数字视频设备220VAC何为EMI？EMI:ElectromagneticInterference

Electromagneticenergyemanatingfromonedevicewhichcausesanotherdevicetohavedegradedperformance电磁干扰EMI现象1.EMI简介第10页/共56页EMI的三大要素1.干扰源RadioTransmitters,Emitters发射器Motors电动机,SwitchesEngineIgnitionComputersNaturalSource:Lightning闪电ElectrostaticDischarge（静电放电）2.耦合路径Radiated,Antenna–to–antennaWire-to-wireConductedCommonGroundInterconnectingCable3.敏感源RadioReceiversElectronicReceptorsAmmunition&OrdnanceHumanBeings/AnimalsPlants雷电NEMP脉冲电路ESD无线通信感性负载通断直流电机、变频调速器常见干扰源1.EMI简介第11页/共56页EMI的危害常见危害一架直升机太靠近无线电塔时失去控制机场（机场）雷达与你的笔记本电脑显示器干扰。启动空调时，你的VCR(盒式磁带录象机)上的时钟会重置操作真空吸尘器时，电视机上出现雪花打开荧光灯，屏幕上您的视频会显示抖动（抖动）关切范围点火及爆炸损害在频谱之利用上对主要电力供给系统造成之干扰经电机电子产品之误动作在数据传输之安全性非离子之幅射造成之生理影响1.EMI简介第12页/共56页国际上常用EMI法规

1.EMI简介第13页/共56页ITE产品定义:1能对资料和电信消息进行录入,存储,显示,检索,传输,交换或控制;该设备可以配置一个和多个通常用于资讯传输的终端.2额定电压不超过600V.ClassB满足B级ITE骚扰限值的设备,主要在生活环境中使用,包括:------不在固定场所使用的设备,例如靠内置电池供电的便携式设备------靠电信网络供电的电信终端设备------个人计算机及相关辅助设备ClassA满足A级限值但不满足B级限值的设备,不限制其销售,但须在其相关使用说明中包含以下内容的声明:声明此为A级产品,在生活环境中,该产品可能会造成无线电干扰.在这种情况下,可能需要用户对其干扰采取切实可行的措施.ITEProductionClassification

InformationTechnologyEquipment1.EMI简介第14页/共56页EMI法规的频率范围1.EMI简介第15页/共56页2.EMS简介何为EMS？EMS:ElectromagneticSusceptibility电磁屏蔽在空间某个区域内，用以减弱由某些源引起的场强的措施。在绝大多数情况下，屏蔽体可由铜、铝、钢等金属制成，但对于恒定和极低频磁场，也可采用铁氧体等材料作为屏蔽体。在一个系统内或不同系统间常会产生电磁噪声或干扰而引起系统性能恶化，因此要求1.将电力线或磁力线限制在一定区域内2.某一区域不受外来电力线和磁力线的影响电磁屏蔽第16页/共56页何为静电？静电是物体表面过剩或不足的静止电荷。1、静电是一种电能，它留存物体表面；静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果；静电是通过电子或离子转移而形成的。2、静电现象是电荷的产生和消失的过程中产生的电现象的总称。2.EMS简介第17页/共56页静电产生的原理电子围绕原子核运动,一有外力即脱离轨道,离开原来的原子而侵入其他的原子﹒外力包含各种能量,如动能,位能,热能,化学能,电磁能等.A原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子。B原子因增加电子数而带有负电现象,称为阴离子。2.EMS简介第18页/共56页3.感应当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两端分别感应出负电和正电静电感应只对导体和半导体才有作用————————————————+++++++++++++++ABABC++++++++++++++++++++++++AB电量相等电荷转移

静电产生的原理摩擦:当两个不同的物体相互接触时就会使得其中一个物体失去一些电荷带正电，而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。2.传导:电荷的转移2.EMS简介第19页/共56页静电电荷对微电子工业的影响:1.微粒污染:在洁凈室里,静电是使直径在0.1~1.0微米之间的颗粒沉积的主要原因.当芯片带有静电后就很容易沉积灰尘.2.ESD(ESD中文意思是静电电压放电)失效:静电放电时当放电电流过大(瞬时大电流可达几十A),产生过高热能,将会击穿集成电路内部线路,另一方面是静电放电辐射的电磁场对电子产品的干扰,最近的研究表明这种电场可达几百V/m.3.三种击穿现象:1>.热击穿:P-N破坏

2>.介电击穿:氧化层的破坏

3>.金属汽化:金属线被汽化而开路2.EMS简介第20页/共56页半导体的静电敏感度:装置型式静电放电敏感度范围(伏)装置型式静电放电敏感度范围(伏)VMOS30~1800散粒(肖特基)二极管300~2500MOSFET100~200薄片电阻(厚,细)300~3000GaASFET100~300双向晶体管380~7000EPROM100ECL(发射极偶合逻辑电路)500~1500JFET140~7000SCR(可控硅)680~1000SAW150~1500散粒(肖特基)晶体管1000~2500OP-AMP190~2500散粒晶体管逻辑电路1000~2500CMOS250~30002.EMS简介第21页/共56页MeansofGeneration10-25%RH65-90%RHWalkingacrosscarpet35,000V1500VWalkingacrossvinyltile12,000V250VWorkeratbench6,000V100VPolybagpickedupfrombench20,000V1,200VChairwithurethanefoam18,000V1,500VExamplesofStaticGenerationTypicalVoltageLevels2.EMS简介第22页/共56页EN55022ConductedEmission传导量测EN55022RadiatedEmission辐射量测EN61000-3-2Harmonics谐波测试EN61000-3-3Flicker电压闪动测试EN61000-4-2ElectrostaticDischarge静电放电测试EN61000-4-3RadiatedSusceptibility电磁耐受测试EN61000-4-4ElectricalFastTransient电源突波测试EN61000-4-5Surge雷击波测试EN61000-4-6ConductedSusceptibility传导耐受测试EN61000-4-8PowerMagneticField电源频率磁场测试EN61000-4-11Voltageinterruption/Dip电源变动、瞬断测试EMIEMSEMC电磁兼容电磁干扰电磁耐受EMCTest测试项目（ITE）二.EMC相关测试第23页/共56页*EMC试验项目及相关标准（中国）GB/T17626.2-1998 静电放电抗扰度试验GB/T17626.3-1998 射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.4-1998 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5-1998 浪涌抗扰度试验GB/T17626.6-1998 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验GB/T17626.8-1998 工频磁场抗扰度试验GB/T17626.11-1998 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验GB9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法二.EMC相关测试第24页/共56页注：1在过渡频率处应采用较低的限值。2在0.15MHz~0.5MHz频率范围内，限值随频率的对数呈线性减小。Limit0.150.450.51.705530882162309601000CISPR22BQPCISPR22BAVCISPR22AQPCISPR22AAVFCCBQPFCCAQPFrequency(MHz)Standard(dB)56~464650303766~56566040477973575069634047484046546069.549.5566054ConductionRadiation43.5PowerLine二.EMC相关测试第25页/共56页电磁能量可能以共模和差模方式传导。经由电源线，信号线，接地线，天线输入端和其它的低阻抗路径。在频率30MHz以下传导干扰可能性极高。高于此频率，传导干扰衰减很大，因此由其它方式来主导。1.传导量测第26页/共56页Testlocation:ShieldingRoom(7*3*3)TestEquipments:EMCAnalyzer(E7405A9KHz~26.5GHz)Receiver(ESCS309KHz~2750MHz)LISN(EMCO4825/250ohm9KHz~30MHz)TransientLimiter(Agilent11947A9KHz~200MHz)TestStandard:CISPR22EN55022FCCPart15Scope:AppliestoITequipmentCoverthefrequencyrang9KHz~40GHzDescribesmethodsofmeasurementStandardizeoperationconditiongivesInterpretationofresultgiveslimitsTwoheadsarebetterthanone1.传导量测第27页/共56页ConductionEmission电源端子传导干扰主要测量被测设备沿电源线向电源网络发射的骚扰电压;另一部分通过信号线传导干扰相连的其它周边设备.系统工作时产生的一部分低频信号会经由cable线(powerlineandcommunicationsignalline)辐射干扰电源网络和相关设备,影响连接到同一电源网络的其他设备正常工作.radiationemission>30MHzmistakeactionconductionemission<30MHzPublicPowerNetworkRadiationEmission对于较高频(>30MHz)电磁波,主要以空间传输进行辐射,从而影响处于同一区域的其它设备的正常运行.1.传导量测第28页/共56页LISN(LineImpedanceStabilizationNetwork)LISN线性阻抗稳定网络,提供纯净电源,提取EUT产生之杂讯信号;

由于电源端子传导发射的强度与电网的阻抗有关,因此为使测量具有唯一性,必须在特定的阻抗条件下测量,LISN就提供了此种环境.GB9254标准使用LISN为50ohm/50μH.TransientLimiter

瞬态限制器,衰减尖峰信号,保护EMC测试仪器的输入端不受大的瞬态信号的损伤.接通或切断被测设备电源都可能引起LISN中产生大的尖峰信号.接地金属板屏蔽室中接地金属板须有垂直接地板和水平接地板,受试设备要放置在接地金属板上进行实验,该金属板比被测设备边框大0.5m,最小尺寸为2m*2m.1.传导量测第29页/共56页1悬垂电缆末端与水平接地平板距离不足40cm,又不能缩短至适宜长度,超长部分折叠成30cm~40cm的线束;2电源线超长部分应在中心折叠成线束或缩短至适宜的长度;3EUT单独与一LISN相连,其他周边设备通过多插座电源板接至另一LISN,LISN与EUT的水平距离应为80cm;4带电周边设备之间相互距离为10cm,显示器可以直接放于控制器上面;5EUT及外设的后缘须与测试桌后缘切齐;6木桌后缘与垂直参考平面水平距离为40cm;LISN1LISN21.传导量测第30页/共56页E7405AESCS30ConductionEmissionTestSetupControlcomputerLISN2LISN1HHHHHHHHHHHHHHHPrinterGroundReferencePlaneVerticalGroundReferencePlaneLineImpedanceStabilizationNetworkTransientLimiterEMI测试最小的PC架构:1个人电脑2键盘3视讯显示单元4对两种不同形式之I/O界面,(如串行并行口)各接一个外接周边5EUT专属之有特殊目的之周边,如鼠标榜摇感等1.传导量测第31页/共56页ConductionSetupLISN1.传导量测第32页/共56页当频率高于30MHz时，辐射变成主要的传播方式，由两种形式之辐射发射器：[意图]与[非意图]。[意图]发射器，例如广播以及雷达，会产生伴随其发射信号的干扰辐射。[非意图]发射器，例如PC，干扰主要是伴随其主要功能而产生。目的：电磁环境日益恶劣，各个国家都相应的制订了关于电子类产品的EMC法规。要取得相应的法规认证后产品才能在此国销售，所以。我们进行EMI测试的目的就是看产品是不是符合法规的要求。例如中国的CCC强制认证。2.辐射量测第33页/共56页HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHRFAmplifierReportGenerationGroundReflectionPlaneRFAbsorbingMaterialtoeliminatereflection2.辐射量测第34页/共56页1电波暗室Chamber7*4*3,适于产品开发阶段Debug测试和Pretest2吸波材料,吸收电磁波,减少反射3方形木桌,可以360度旋转(160*80*80)4接收天线,2G以下频率,在上下高度2m范围内分水平和垂直接收方向5E7405A频谱仪,测量频率为9KHz~26.5GHz2.辐射量测第35页/共56页高度扫描天线杆天线金属地板转台上的受试件半无反射室实景2.辐射量测第36页/共56页马达驱动高度扫描天线杆天线EUT防雨棚转台和桌子金属网地面椭圆区内没有其它物体开阔场实景2.辐射量测第37页/共56页

三种检波方式检波器将输入信号功率转换为输出视频电压,对同一信号不同检波测试:Peak>QP>AveragePeakDetect：适合对连续的大信号进行测试Quasi-PeakDetect：适合对Burst(脉冲)信号进行测试AverageDetect：适合对噪声环境中连续波小幅度信号进行测试AllthatendswelliswellPeakDetector检波器输出端电压始终能跟踪中频信号的峰值,及能跟踪包络中可能的最快变化;若所测的所有信号都处在极限Limit以下,则产品合格无需进一步测试.Quasi-PeakDetector准峰值检波器充电速率比放电速率快得多,它是按照信号的重复频率对信号进行衡量,随着重复频率的增加,检波器没有时间充分放电,从而导致较高的输出电压.对于连续(CW)波,其与峰值检波效果一样AverageDetector峰值检波信号通过其带宽远小于分辨带宽的滤波器,该滤波器对包络检波器输出端上的高频分量进行平均.2.辐射量测第38页/共56页分贝（dB）的概念分贝的定义：分贝数=10lg(P2/P1)P2、P1是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数=20lg(V2/V1)电流增益的分贝数=20lg(I2/I1)

使用分贝的好处是，用较小的坐标可以描述很宽的范围。由于在EMC中，干扰的幅度范围和频率范围都很宽，因此用分贝表示幅度，而用对数坐标轴表示频率更加方便。2.辐射量测第39页/共56页测试目的：测量设备在工作时向电网注入的电源高次谐波的强度。看其是否符合法规要求。谐波的危害：1.减少负载的有效功率因数*增加了视在功率,使电力成本较高*成本较高的基础上较高的额定值的电线，连接器，过滤器等2.对交流电源电压畸变*产品受到影响，如过滤电容，过热或降低电机效率3.EMC问题*中性和接地的谐波电流增加SchaffnerProfline2105-400testsystem3.谐波测试第40页/共56页测试标准IEC61000-4-7DefinitionofthemeasurementequipmentandmeasurementprocedureguideIEC61000-3-2TestconditionandlimitsforproductfamiliesIEC61000-3-2ScopeProductFamilyStandardPowerrange-230Vrmssingleorthreephase.Forsystemvoltageslessthan220V(linetoneutral),thelimitshavenotyetbeenconsidered-Irmsmaximum16A-50Hz/60HzMeasurements-measurementharmonicsfrom2ndto40thTestConditionsHarmonics-Audioamplifiers-Washingmachines-Microwaveovens-LampdimmersEquipmentclassesClassA:GeneralpurposesandbalancesthreephaseequipmentClassB:PortablestoolsClassC:LightingequipmentClassD:PC、PC’smonitorandTV(IfthepowerlevelofaclassDdevicedropsbelow75W,noharmonicscurrentlimitsareappliedandtheresultwillalwaysshowpass.)3.谐波测试第41页/共56页测试原理：非线性负载EUT生成一个脉冲电流.随着脉冲电流的产生，引起通过电阻R1的线性电压降.这个非线性脉冲电流是EUT发射，对V2造成影响.EUTV2R2R2V1R1Vac非线性负载电压非正弦形式：计算机、打印机、电视的开关电源等

电流3.谐波测试第42页/共56页判定标准Theaveragevaluefortheindividualharmoniccurrent,takenovertheentiretestobservationperiodshallbelessthanorequaltotheapplicationlimits.Foreachharmonicsorder,all1.5ssmoothedharmoniccurrentvaluesshallbelessthanorequalto150%oftheapplicationlimits.3.谐波测试第43页/共56页电压闪烁测试(FlickerandVoltageFluctuationTest)测试目的：测量EUT引起的电网电压变化。电压变化用两个指标表示：电压波动和闪烁。电压波动指标反映了突然的较大的电压变化程度，闪烁指标反映了一段时间内连续的电压变化情况。电压闪烁的危害：1.闪烁的灯光给工作场所的个人安全造成压力Flickeringlightscreatesstressintheworkplacepersonalsafety2.电压波动可以破坏其他产品连接到相同的阶段Voltagefluctuationcandisruptotherproductsconnectedtothesamephase.4.电压闪烁测试第44页/共56页测试标准:IEC61000-4-15d-measurementandinstrumentationsIEC61000-3-3-producttestfortypetestinnormativeannexe-230V50Hz0.4Ohm+0.25jOhmforsinglephase-380V50Hzphase:0.4Ohm+0.25jOhmneutral:0.16Ohm+0.1jOhmTestconditionsspecifiedinIEC61000-3-3:.cookers,hotplates,bakingovens,grills,.lightingequipment.washingmachines.refrigerator.copyingmachines,laserprinter.portabletools.hairdryers.consumerelectronicproducts4.电压闪烁测试第45页/共5