电磁兼容设计技术

1、1,为什么要掌握电磁兼容技术,因为： 电子电路日益复杂，调试越来越难 电磁兼容标准强制实施 市场竞争日益激烈，开发周期越来越短,2,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,3,电磁兼容设计是必须的,4,设备之间的干扰也不容忽视,开关电源,数字脉冲电路,数字视频设备,220AC,5,怎样对付这些干扰问题,屏蔽,接地,滤波,选什么材料,屏蔽体怎样接地,屏蔽效能取决于什么因素,地线与干扰有什么关系,应该怎样设计地线,怎样实现有效的滤波,为什么滤波并不有效,6,一个干扰的例子,RS105，脉

2、冲电磁场试验,7,消除干扰的措施与结果,共模滤波电容,滤波的测试结果,滤波的软件仿真结果,8,实践电磁兼容技术,课程特点： 注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂公式 内容实用，立竿见影 培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析方法、问题解决能力等）,9,课程内容,电磁兼容要求（标准）与试验方法 地线造成的干扰问题与解决方法 电磁屏蔽与搭接 电磁干扰滤波技术 电缆设计 线路板设计,10,对电磁兼容技术有全面的了解 掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术 在产品电磁兼容设计方面有明确的思路 使产品顺利通过电磁兼容试验 具备进一步学习的能力,通过学习本课程要达到：,11,第一章,预备知识与基本概念,

3、12,电路之间的干扰,模拟电路,控制电路 （处理器）,信号处理,电源,13,电容耦合,电场,VN = VSZL/(ZC+ZL),ZL,VS,VN,容抗： ZC = 1/jC,14,电感耦合,I1,VN,15,公共阻抗耦合,数字 电路,模拟 电路,VN,16,传导性干扰,模拟电路,数字电路,17,天线,接收天线： 将天线上的电磁波变成端口上的电压 辐射天线： 将端口上的电压变成电磁波,V,V,18,基本天线结构,环天线 偶极天线 单极天线,V,V,V,19,环天线产生的辐射,近场区内（ D /2 ）: H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m 远场区内（D

4、/2） : H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m,D,20,导线的辐射,近场区内: H = I L / (4D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m 远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/m,D,21,波阻抗的概念,波阻抗,377,/ 2,到观测点距离 r,E/H,ZW = Z0（2D/）,ZW = Z0 = 377,ZW = Z0（/2D),22,寄生天线,偶极天线：只要两个体之间存在电位差，就 构成了偶极天线。 环天线：只要存在电流环路，就形成了一个 环天线。,23,

5、常见等效偶极(单极)天线,机箱,接地线,PCB,VG,主板,电缆,子板,笔记本,PCB电缆,没接地的散热片,24,常见环天线,25,用天线的概念处理问题,1 用天线的概念看待设备中的导体,发现隐蔽的天线 2 尽量消除这些具有天线性能的结构 3 不能消除时，控制天线的辐射 减小环天线的面积 减小两个导体之间的射频电压,26,分贝(dB) 的概念,分贝的定义：分贝数 10lg,P2,P1,P1、P2 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,I1,27,用分贝表示的物理量,电压：用1V、1mV、1V 为参考（例如：1V =

6、 0dBV） 则单位为：dBV、dBmV、dBV 等，,电流：用1A、1mA、1A 为参考，则：dBA、dBmA、dBA,场强：用1V/m、1V/m 为参考，则：dBV/m、dBV/m 等，,功率：用1W、1mW 为参考，则：dBW、dBm等，,28,“分贝”仅表示相对概念,99,1,0.1,SE = 20lg(100/1.1) 40dB,99,1,10,SE = ?,如果把绿色辐射体去掉，屏蔽体的屏蔽效能是多少？,29,频域分析,处理电磁干扰的问题必须熟悉频域分析： 电磁兼容标准中大部分指标都是在频域中表示的 对电磁干扰的各种措施都与频率有关 通过频率特征容易查找干扰源,30,频域中表示的辐

7、射发射限值,31,时域 频域变换,时域周期信号,离散的谱线,时域非周期信号,连续频谱,t,f,t,付立叶级数,付立叶变换,32,脉冲信号的频谱,tr、d 的单位s，f的单位MHz，A的单位V,33,脉冲频谱的化简,仅考虑最大值，sinX = 1 不考虑相位，仅考虑绝对值 当X趋于0时，sinX/X = 1,V(f) = 2Ad,f很小,f较小,f较大,34,脉冲频谱的包络线（对数坐标）,20lg (2Ad),20lg(2A/) 20lgf,20lg(2A/2tr) 40lgf,dBV/MHz,lg (f),1/d,1/tr,35,周期性脉冲信号的频谱,tr,T,d,A,36,脉冲信号的频谱包络

8、线,dBV,lg (f),1/d,1/tr,37,上升沿越陡高频越丰富,38,扩谱时钟,39,扩频时钟的效果,40,频谱分析仪,幅度,频率,扫描速率（时间）,分辨带宽,频率范围,41,第二章 地线干扰与接地技术,为什么要地线 地环路问题与解决方法 公共阻抗耦合问题与解决方法 各种接地方法,42,安全地,220V,0V,+,+,+,+,+,43,信号地,电路工程师：地线是电位参考点 EMC工程师：地线是信号电流流回信号源的低阻抗路径,44,地线引发干扰问题的原因,V = I R,地线电压,地线是等电位的假设不成立,电流走最小阻抗路径,我们并不知道地电流的确切路径,地电流失去控制,45,地线电位示

9、意图, 2mV,200mV,2mV 10mV,10mV 20mV,20mV 100mV,100mV 200mV,46,理解地线阻抗,地 线 阻 抗,导线阻抗,回路阻抗,决定了地线电位差,决定了实际地线电流,47,导线的阻抗,Z = RAC + jL,L 1H/m, = 1 / ( f r r)1/2,RAC= 0.076r f1/2 RDC,r,电流,深度,0.37I,I,趋肤效应,48,导线的阻抗,高频时，导线的直径作用减小,49,金属条与导线的阻抗比较,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,S / W,金属条阻抗/导线阻抗,50,电流

10、回路的阻抗,L,R,I,Z = R + jL L = / I A,51,地线问题地环路,IG,VG,VN,地环路,I1,I2,52,隔离变压器,屏蔽层只能接2点！,C2,VG,1,2,C1,屏蔽,CP,VG,VS,VN,RL,53,光隔离器,发送,发送,接收,接收,RL,RL,VG,VS,VS,VG,光耦器件,Cp,54,共模扼流圈的作用,Vs,R1,R1,RL,L,VG,IN1,IN2,IS,VS + VN, = R1 / L,VN / VG,RL/（RS + RL）,M,f,55,平衡电路对地环路干扰的抑制,VG,RS1,VS1,RS2,RL2,RL1,VS2,IN1,IN2,IS,VL,

11、56,地线问题公共阻抗耦合,电路1,电路2,地电流1,地电流2,公共地阻抗,V,改进1,改进2,57,接地方式种类,信号接地方式,并联单点接地,串联单点接地,混合接地,多点接地,单点接地,58,单点接地,1,2,3,1,2,3,串联单点接地 优点：简单 缺点：公共阻抗耦合,并联单点接地 优点：无公共阻抗耦合 缺点：接地线过多,I1,I2,I3,I1,I2,I3,A,B,C,A,B,C,R1,R2,R3,59,串联单点、并联单点混合接地,模拟电路1,模拟电路2,模拟电路3,数字逻辑控制电路,数字信息处理电路,继电器驱动电路,马达驱动电路,60,线路板上的地线,噪声,模拟,数字,61,长地线的阻抗

12、,设备,Z0 = (L/C)1/2,R,R,L,L,C,C,FP1 = 1/2(LC)1/2,ZP = (L)2/R,RAC,RDC,串联谐振,并联谐振,62,多点接地,R1,R2,R3,L1,L2,L3,电路1,电路2,电路3,地线阻抗一定保持很小， 避免公共阻抗耦合,镀银（减小表面电阻） 良好搭接（减小地线阻抗） 宽金属板（减小电感）,63,混合接地,Vs,地电流,Rs,Vs,安全接地,Rs,安全接地,地环路电流,64,放大器屏蔽壳的接地,C1S,C3S,C2S,C1S,C3S,C2S,等效电路,65,接地位置不当造成的干扰,稳压电源,稳压电源,火灾 报警器,火灾 报警器,66,第三章 电

13、磁屏蔽技术,屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计,67,电磁屏蔽,屏蔽前的场强E1,屏蔽后的场强E2,对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB,68,实心材料屏蔽效能的计算,入射波,场强,距离,吸收损耗A,R1,R2,SE R1 R2 AB, R AB,B,69,吸收损耗的计算,t,入射电磁波E0,剩余电磁波E1,E1 = E0e-t/,A 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) dB,0.37E0,A 8.69 ( t / ) dB,A = 3.34 t f rr dB,70,趋肤深度

14、举例,71,反射损耗,R 20 lg,ZW,4 Zs,反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。,ZS = 3.68 10-7 f r/r,远场：377,近场：取决于源的阻抗,同一种材料的阻抗随频率变,72,不同电磁波的反射损耗,远场: R 20 lg,377,4 Zs,4500,Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m） f = 电磁波的频率（MHz）,2 D f,D f Zs,Zs,电场: R 20 lg,磁场: R 20 lg,dB,73,影响反射损耗的因素,150,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M,平面波,3 108 / 2r,f,R(dB)

15、,r = 30 m,电场r = 1 m,靠近辐射源,r = 30 m,磁场 r = 1 m,靠近辐射源,74,综合屏蔽效能 (0.5mm铝板),150,250,平面波,0,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M,高频时 电磁波种类 的影响很小,电场波 r = 0.5 m,磁场波 r = 0.5 m,屏蔽效能（dB）,频率,75,多次反射修正因子的计算,电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。 B = 20 lg ( 1 - e -2 t / ),说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略,7

16、6,怎样屏蔽低频磁场？,低频磁场,低频,磁场,吸收损耗小,反射损耗小,高导电材料,高导磁材料,高导电材料,77,高导磁率材料的磁旁路效果,H0,H1,H0,Rs,R0,H1,R0,Rs,SE = 1 + R0/RS,78,低频磁场屏蔽产品,79,磁屏蔽材料的频率特性,1,5,10,15,坡莫合金,金属,镍钢,冷轧钢,0.01 0.1 1.0 10 100 kHz,r 103,80,磁导率随场强的变化,磁通密度 B,磁场强度 H,饱和,起始磁导率,最大磁导率, = B / H,81,强磁场的屏蔽,高导磁率材料：饱和,低导磁率材料：屏效不够,低导磁率材料,高导磁率材料,82,加工的影响,20,40

17、,60,80,100,10 100 1k 10k,跌落前,跌落后,83,良好电磁屏蔽的关键因素,屏蔽体 导电连续,没有穿过屏 蔽体的导体,屏蔽效能高的屏蔽体,不要忘记： 选择适当的屏蔽材料,你知道吗： 与屏蔽体接地与否无关,84,实际屏蔽体的问题,通风口,显示窗,键盘,指示灯,电缆插座,调节旋钮,实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等,电源线,缝隙,85,远场区孔洞的屏蔽效能,L,L,SE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2,H,86,孔洞在近场区的屏蔽效能,若ZC

18、（7.9/Df）：（说明是电场源） SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) ) 若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源） SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）,87,缝隙的泄漏,低频起主要作用,高频起主要作用,88,缝隙的处理,电磁密封衬垫,缝隙,89,电磁密封衬垫的种类,金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的) 导电橡胶(不同导电填充物的) 指形簧片(不同表面涂覆层的) 螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的) 导电布,90,指形簧片,91,螺旋管电磁

19、密封衬垫,92,电磁密封衬垫的主要参数,屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能) 回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距） 最小密封压力（关系到最小压缩量） 最大形变量（关系到最大压缩量） 压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数） 电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）,93,电磁密封衬垫的安装方法,绝缘漆,环境密封,94,不同金属之间发生腐蚀,腐蚀加重,95,截止波导管,损耗,频率,fc,截止频率,频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。,截止区,96,截止波导管的屏效,截止波导管 屏蔽效能,=,反射损耗： 远场区计算公式 近场区计算公式,+,吸收损耗 圆形截止

20、波导： 32 t / d 矩形截止波导： 27.2 t / l,孔洞计算屏蔽效能公式,97,截止波导管的损耗,98,截止波导管的设计步骤,孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE,确定截止波导管的截面形状,确定要屏蔽的最高的频率 f,确定波导管的截止频率 fc,计算截止波导管的截面尺寸,由SE 确定截止波导管的长度,5f,99,显示窗/器件的处理,隔离舱,滤波器,屏蔽窗,滤波器,100,操作器件的处理,屏蔽体上开小孔,屏蔽体上栽上截止波导管,用隔离舱将操作器件隔离出,101,通风口的处理,穿孔金属板,截止波导通风板,102,贯通导体的处理,103,屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法,在内部可将电缆延伸,表面做导

21、电清洁处理，保持360度连接 注意防腐,屏蔽互套,屏蔽体边界,屏蔽电缆,与电缆套360度搭接,104,搭接,电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。例如： 电缆屏蔽层与机箱之间搭接 屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间的地线搭接,105,搭接不良的滤波器,滤波器接地阻抗,预期干扰电流路径,实际干扰电流路径,106,搭接不良的机箱,V,I,航天飞行器上的搭接阻抗要小于2.5m!,107,搭接阻抗的测量,机柜,搭接阻抗,频率,寄生电容,导线电感,并联谐振点,V,I,Z = V / I,108,不同的搭接条,109,频率不同搭接方式不同,110,搭接面的腐蚀,I,I

22、V,III,II,111,搭接点的保护,112,第四章 干扰滤波技术,干扰滤波在EMC设计中作用 差模干扰和共模干扰 常用滤波电路 怎样制作有效的滤波器 正确使用滤波器,113,滤波器的作用,信号滤波器,电源滤波器,切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。,114,满足电源线干扰发射和抗扰度要求,115,满足抗扰度及设备辐射发射要求,信号线滤波器,干扰源,116,电缆是主要辐射源,117,用滤波消除辐射,118,共模和差模电流,119,共模/差模干扰的产生,V,V,ICM,ICM,ICM,IDM,120,滤波器的共模插损,IL = U1 / U2,121,滤波器的差模

23、插损,IL = U1 / U2,122,干扰滤波器类型,C,T,L,反,123,滤波器的级数越多越好吗？,增加级数,降低截止频率,原滤波器,f1,124,器件数与插入损耗的关系,20,40,60,80,100,fc 10fc 100fc 1000fc,5阶 4阶 3阶 2阶 1阶,20N/十倍频程 6N/倍频程,插入损耗,dB,125,确定滤波器阶数,50 100,欲衰减20dB,4 6=24 20 至少4阶滤波器,10 100,1 20 = 20 1阶滤波器就可以了 为了保险，可用2阶,欲衰减20dB,L、C的数值决定截止频率,阶数决定过渡带的陡度,126,根据阻抗选用滤波电路,规律：电容对

24、高阻，电感对低阻,127,插入损耗的估算,Fco = 1/(2 Rp C),ZL,Zs、ZL并联,C,IL = 20 lg(CRp),IL,IL = 20 lg(L/Rs),Fco = Rs/(2 L）,Zs、ZL串联,Zs,L,Zs,ZL,128,电路阻抗对滤波特性的影响,三端电容,铁氧体,129,器件参数的确定,L,C,R,R,L = R / 2FC C = 1 / 2RFC 对于T形（多级T）和 形（多级）电路，最外边的电感或电容取 L/2 和 C/2，中间的不变。,130,一个干扰的例子,RS105，脉冲电磁场试验,131,消除干扰的措施与结果,共模滤波电容,滤波的测试结果,滤波的软件

25、仿真结果,132,实际电容器的特性,ZC,实际电容,理想电容,f,1/2 LC,C,L,R,电感,电阻,133,表面贴装电容的阻抗特性,134,温度对陶瓷电容容量的影响,0.15,-0.15,0,-55,125,5,-15,0,-55,125,-10,-5,COG,X7R,-60,20,-30,90,-30,0,Y5V,30,%C,%C,%C,135,电压对陶瓷电容容量的影响,COG,X7R,Y5V,20,0,-20,-40,-60,-80,0 20 40 60 80 100 %额定电压（Vdc）,%C,136,实际电感器的特性,ZL,理想电感,实际电感,f,1/2 LC,L,C,137,电感

26、寄生电容的来源,每圈之间的电容 CTT 导线与磁芯之间的电容CTC,磁芯为导体时，CTC为主要因素， 磁芯为非导体时，CTT为主要因素。,138,克服电容非理想性的方法,衰减,电容并联 LC并联 电感并联,小电容,大电容,并联电容,频率,大容量,小容量,139,三端电容器的原理,引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波器 在引线上安装两个磁珠滤波效果更好,地线电感起着不良作用,140,三端电容与普通电容的比较,141,三端电容的正确使用,接地点要求： 1 干净地 2 与机箱或其它较大 的金属件射频搭接,142,贴片三端电容,143,三端电容器的不足,寄生电容造成输入端、输出端耦合,接地电感造成

27、旁路效果下降,144,穿心电容更胜一筹,金属板隔离输入输出端,一周接地电感很小,145,穿心电容的特性,146,穿心电容、馈通滤波器,以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波,147,馈通滤波器使用注意事项,必须安装在金属板上，并在一周接地 最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片 焊接时间不能过长 上紧螺纹时扭矩不能过大,148,线路板上使用馈通滤波器,线路板地线面,上面,底面,149,磁芯对电感寄生电容的影响,铁粉芯 C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 铁氧体（锰锌） C = 51pf C = 49pf 4%,150,减小电感寄生电容的方法,然后： 起始端与终止端远离（夹角

28、大于40度） 尽量单层绕制，并增加匝间距离 多层绕制时， 采用“渐进”方式绕，不要来回绕 分组绕制 （要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）,如果磁芯是导体，首先： 用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离,151,共模扼流圈防止饱和,共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。,有意增加漏磁， 利用差模电感,152,共模扼流圈的优点,差模电感导致信号失真,共模电感不影响信号,153,电感磁芯的选用,铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯,铁氧体：最常用,锰锌：r = 500 10000，R = 0.1100m,镍锌：r = 10 100，R = 1k 1Mm

29、,超微晶：r 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心,154,各种铁氧体磁芯,155,电感量与饱和电流的计算,S,D1,D2,饱和电流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L,电感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2),电感量,厂家手册给出,厂家经常给出每匝的电感量“AL”，则 L （nH）= AL N2,156,干扰抑制用铁氧体,157,铁氧体电感高频时成为电阻,铁氧体电感（高损耗）,空心电感（高Q）,158,不同材质的铁氧体有不同的频率特性,159,偏置电流对阻抗的影响,160,铁氧体次环作共模扼流圈使用,161,贴片电感的阻抗,162,贴片电

30、感的滤波效果,163,贴片电感的滤波效果,164,注意频率特性,165,低通滤波器对脉冲信号的影响,166,信号滤波器的安装位置,板上滤波器,无屏蔽的场合,滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。,有屏蔽的场合：在屏蔽界面上,167,板上滤波器的注意事项,滤波器要并排安装,线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接,为滤波设置干净地,在接口处设置档板,滤波器靠近接口,168,面板上滤波的简易（临时）方法,容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短,169,电缆滤波的方法,屏蔽盒,馈通滤波器,连接器,滤波连接器 虽然是最佳 选择，但是 当空间允许 时，也可以 这样：,170,平板滤波阵列,用于

31、制造滤波连接器,171,面板安装滤波器注意事项,滤波器与面板之间必须使用电磁密封衬垫！,172,使用形滤波器的注意事项,滤波器接地阻抗,预期干扰电流路径,实际干扰电流路径,对接地没有把握时，避免使用形滤波器！,173,电源线滤波器的基本电路,共模扼流圈,差模电容,共模电容,共模滤波电容受到漏电流的限制,174,注意滤波器的高频特性,175,高频滤波性能的重要性,滤波器高频性能差,滤波器高频性能好,无滤波,176,改善滤波器高频特性的方法,或,精心绕制或多个电感串联,177,注意插入增益问题,0,-10,50 / 50,100 / 0.1 或,0.1 / 100,频率,插入损耗,解决办法：差模电

32、感上并联电阻（50 1k)，差模电容上串联电阻（0.5 10）,178,插入增益现象,179,串联谐振导致插入增益,V,QV,QV,180,插入增益的对策,V,181,选择滤波器的保险方法,滤波器,0.1,100,滤波器,0.1,100,0,衰减,50条件下的插入损耗,0.1/100条件下的插入损耗,插入损耗增益会暴露出来,182,器件距离对高频性能的影响,183,滤波器安装在线路板的问题,机箱内干扰,电源线泄漏严重,184,线路板上滤波的改进方法,机箱内干扰,被滤波器挡住,被滤波器旁路掉,面板滤波器,电源线无泄漏,185,电源线滤波器的错误安装,PCB,滤波器,滤波器,输入线过长,输入、输出

33、耦合,PCB,186,电源线滤波器的错误安装,滤波器,绝缘漆,PCB,滤波器通过细线接地，高频效果很差！,接地线,187,滤波器的正确安装,滤 波 器,PCB,滤波器直接接地尽量短 输入、输出线隔离,滤波器安装在线路板上时，在电源线入口处增加一只高频共模滤波器,电源,PCB,滤波电路,188,110VAC,使用交流滤波器的问题,189,为什么信号滤波器容易损坏,220VAC,110VAC,190,机箱浮地 没问题,220VAC,191,全部浮地 没问题,220VAC,192,全部接地 没问题,220VAC,193,第五章电缆的EMC设计,电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰,194,

34、第六部分电缆的EMC设计,电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰,195,外拖电缆的共模辐射,I2,CP,I3,I1,CP,尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大， 仍然是主要的辐射因素,196,“无关”的电缆也辐射,197,地线也辐射,不接地线,接上地线,你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ?,198,无关电缆辐射机理,VCM,机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！,199,电缆辐射机理的总结,电 缆 辐 射,差模辐射,共模辐射,差模电流转变为共模电流,信号地上共模电压导致共模电流,临近电路的耦合产生共模电压，进而导致共模电流,工作电流回路形成的环路天线,200,电缆差模辐射的对策,同轴电缆,

35、扁平电缆,双绞线,201,电缆共模辐射的对策,减小共模电流 回路面积,减小 共模电流,增加共模电流回路的阻抗,共模电流滤波,减小共模电压,屏蔽电缆,电缆靠近地线面,线路板,屏蔽,其它,202,电缆共模辐射的对策,减小共模电流 回路面积,减小 共模电流,增加共模电流回路的阻抗,共模电流滤波,减小共模电压,屏蔽电缆,电缆靠近地线面,线路板,屏蔽,其它,203,降低电缆辐射的方法,I2,CP,I3,I1,CP,通过额外的地线板减小共模电流的回路面积,204,屏蔽电缆抑制共模辐射的本质,CM,CM,DM,思考题16：用屏蔽的方法减小信号电缆的辐射时，最关键的因素是什么？,205,不完整的屏蔽电缆,CM

36、,CM,CM,CM,DM,206,屏蔽电缆的评估,CM,CM,DM,V,辐射环路,V,I,ZT = V / I,207,不同屏蔽层的传输阻抗,102 103 104 105 106 107 108,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,传输阻抗（m /m）,Hz,铝箔,单层编织,最佳单层编织,双层编织,双层编织 + 一层金属,双层编织 + 双层金属,实心铜,208,屏蔽层的错误接法,思考题17：什么情况下屏蔽电缆的辐射比非屏蔽电缆辐射更强，为什么？,209,D型连接器的屏蔽层搭接,210,圆形连接器屏蔽层搭接,211,接线端子上的屏蔽电缆,212,尽量减小小辨接

37、法的危害,213,电缆共模辐射的对策,减小共模电流 回路面积,减小 共模电流,增加共模电流回路的阻抗,共模电流滤波,减小共模电压,屏蔽电缆,电缆靠近地线面,线路板,屏蔽,其它,214,共模电流主要由寄生电容产生,线路板接地,线路板不接地,CP较大,CP较小,频率MHz,共模 电流,215,增加共模回路的阻抗,PCB,PCB,共模回路,思考题18：共模扼流圈的效果与什么因素有关？,216,铁氧体效果的估算,设原来电缆形成的共模回路阻抗为ZCM1，铁氧体的阻抗为ZL 改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (V

38、CM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB,217,铁氧体磁环,218,干扰抑制用铁氧体,219,不同磁导率的铁氧体阻抗特性,i = 700,i = 4000,220,铁氧体的安装方法,尽量靠近电缆端头,匝数多,匝数少,频率,衰减,整根电缆穿过,内径尽量小 长度尽量大 壁厚尽量大,221,电缆共模辐射的对策,减小共模电流 回路面积,减小 共模电流,增加共模电流回路的阻抗,共模电流滤波,减小共模电压,屏蔽电缆,电缆靠近地线面,线路板,屏蔽,其它,222,用滤波消除辐射,223,第六部分电缆的EMC设计,电缆辐射 场在导线

39、中感应的噪声 电缆之间的串扰,224,处于电磁场中的电缆,信号线和回流线在一根电缆中,用地线面作回流线,共模电流,差模电压,不平衡,直接产生差模电压,S,h,225,电磁场在电缆上的感应电压,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,0,-10,-20,-30,-40,-50,1,2,3,A,B,C,D,E,h = 0.5m S: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m,与 S、h 无关,dBV,1V/m场强产生的电压,226,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好坏用共模抑制比表示：

40、 CMRR = 20lg ( VC / VD ),VC,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,227,提高共模干扰抑制的方法,平衡电路,屏蔽电缆,共模扼流圈,平衡电路,CMRR,CMRR,f,f,228,非平衡转换为平衡,229,屏蔽电场,0V,电缆长度 /20，单点接地,电缆长度 /20，多点接地,230,磁场对电缆的干扰,VN,VN ( d / dt ) = A ( dB / dt ),磁通,回路面积A,感应电压,当面积一定时,231,减小感应回路的面积,理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因 此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分,232,屏蔽电缆减小磁场影响,

41、VS,VS,VS,只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场,233,抑制磁场干扰的试验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(A),(B),(D),(E),(C),0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,234,抑制磁场干扰的实验数据,100,1M,1M,1M,100,100,每米18节,(F),(G),(I),(J),(H),80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,235,C与D的实验数据说明,设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/230) 13 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20l

42、g(230/229) 0 dB,双绞线,单端接地屏蔽层,236,G与H的实验数据说明,设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/1.3) 58 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20lg(1.3/0.3) 13 dB,双绞线,单端接地屏蔽层,237,第六部分电缆的EMC设计,电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰,238,导线之间两种串扰机理,M,C,IC,IC,IL,IL,R0,RL,R2G,R2L,239,耦合方式的粗略判断,ZSZL 10002： 电场耦合为主 3002 ZSZL 10002：取决于几何结构和频率,240,电容耦

43、合模型,C12,C1G,C2G,R,C1G,C2G,C12,R,VN ,V1,V1,j C12 / ( C12 + C2G),j + 1 / R ( C12 + C2G),V1,VN,241,耦合公式化简,R 1 / j ( C12 + C2G ),j C12 / ( C12 + C2G),j + 1 / R ( C12 + C2G),V1,VN ,VN = j R C12 V1,R 1 / j ( C12 + C2G ),VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ) ,242,电容耦合与频率的关系,耦合电压,VN = j RC12V1,C12V1,(C12 + C2G),VN =,

44、1 / R (C12 + C2G),频率 ,243,屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽,屏蔽层不接地：VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CSG ) ，与无屏蔽相同 屏蔽层接地时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,244,部分屏蔽对电容耦合的效果,R 很大时：VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ,C1s,C1G,CsG,CSG,C1s,VN,V1,V1,VN,C2S,C12,C12,C2G,R 很小时：VN = jRC12,245,互电感定义与计算,定义： 自感L

45、 1 / I1 ， 互感 M 12 / I1, 1 是电流I1在回路1中产生的磁通， 12 是电流I1在回路2中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2）,减小M的方法：回路1用双绞线或同轴线，减小回路2的面积，增加两 个回路的距离,246,电感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,VN d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt,R1,I1,VN,I1,VN,V1,V1,247,电感耦合与电容耦合的判别,IN = j C12V1,R2,R1,V,V,VN = j M12 I1,R2,R1,电容耦合,电感耦合,248,非磁性屏蔽对电感耦合的影响,I1,M1S,M12,关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变,249,双端接地屏蔽层的分析,M1S,M12,MS2,+ -