EMC_知识精华

1、EMC知识培训,电磁兼容基本概念 产品EMC工作流程 EMC标准及其测试 EMC基本理论 EMC设计 EMC案例分析 EMC认证与技巧,电磁兼容基本概念,电 磁 环 境,电磁兼容基本概念,什么是电磁兼容性？ 电子线路、设备、系统互相不影响，从电磁的角度具有相容性的状态 设备内电路模块之间的相容性 设备之间的相容性 系统之间的相容性,电磁兼容基本概念,电磁干扰三要素：干扰源、耦合路径、敏感设备,电磁兼容基本概念,电磁干扰源 自然干扰源 天电噪声 宇宙噪声 人为干扰源 无线电发射机 信息技术设备时钟、开关电源 静电放电 机动车辆和内然机等,电磁兼容基本概念,传输途径 传导 公共电源、公共地线、互连

2、线 辐射 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),电磁兼容基本概念,电磁干扰,电磁兼容基本概念,电磁抗扰度,电磁兼容基本概念,基本的电磁兼容控制技术 屏蔽 切断电磁干扰通过空间转播的途径，衡量指标为屏效能。 滤波 在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不需要的一部分频谱滤掉。 接地 提供有用信号或无用信号，电磁噪声的公共通路，有效设计地平面，可以抑制电磁噪声。 PCB设计,电磁兼容基本概念,电磁兼容设计成本评估方法,设计方法,电路设计,屏蔽,概念,设计,产品,市场,产品阶段,设计效果,花费成本,电磁兼

3、容基本概念,EMC研究内容,EMS Limit,EMI Limit,Redundancy,产品EMC工作流程,EMC标准及其测试,EMC 标准组织,EMC标准及其测试,国际有关EMC标准化组织 国际电工委员会IEC 国际标准化组织ISO 电气电子工程师学会IEEE 欧盟电信标准委员会（ETSI） 国际无线电通信咨询委员CCIR 国际通讯联盟ITU,EMC标准及其测试,EMC标准 国际电工委员会IEC有以下分会进行EMC标准研究 CISPR：国际无线电干扰特别委员会 TC77：电气设备（包括电网）内电磁兼容技术委员会 TC65：工业过程测量和控制技术委员会,EMC标准及其测试,EMC标准 国家标

4、准化组织： FCC 联邦通讯委员会 VDE 德国电气工程师协会 VCCI日本民间干扰控制委员会 BS英国标准 ANSI美国国家标准 GOSTR俄罗斯政府标准 GB、GB/T中国国家标准,EMC标准及其测试,标准的分类,EMC标准及其测试,EMI测试 辐射骚扰电磁场（RE） 骚扰功率（DP） 传导骚扰（CE） 谐波电流（Harmonic) 电压波动及闪烁（Flicker) 瞬态骚扰电压（TDV）,EMC标准及其测试,辐射骚扰电磁场RE（dBV/m),EMC标准及其测试,辐射骚扰电磁场测试原理框图,EMI Receiver,EUT,Adapter,Control Room,Chamber,3m o

5、r 10m,Antenna,EMC标准及其测试,骚扰功率(dBpW),EMC标准及其测试,骚扰功率测试原理图,EMC标准及其测试,传导发射:连续干扰电压、电流测量（CE） 电压法：交、直流电源线、天馈线、信号线（dBV) 电流法：信号线（ dBA) 电压限值例：,EMC标准及其测试,电源线骚扰电压测试原理框图,EMC标准及其测试,传导发射: 谐波电流测试（Harmonic)：交流电源线（A） 电压波动和闪烁测量 (Fluctuation and Flicker)：( U),EMC标准及其测试,谐波电流测试原理框图,EUT,AC Source,Current probe,Analyser,EMC

6、标准及其测试,EMS测试 辐射敏感度:辐射敏感度试验（RS） 工频磁场辐射敏感度试验（PMS） 静电放电抗扰度（ESD） 传导敏感度（CS） 电快速瞬态脉冲群抗扰度试验（EFT/B） 浪涌抗扰度试验（SURGE） 电压跌落与短时中断抗扰度（DIP） 电力线感应/接触（Power induction/contact）,EMC标准及其测试,辐射敏感度:辐射敏感度试验（V/m, dBV/m),EMC标准及其测试,辐射敏感度:工频磁场辐射敏感度试验(A/m),EMC标准及其测试,静电放电抗扰度(kV),EMC标准及其测试,传导敏感度：传导敏感度（V, dBV）,EMC标准及其测试,传导敏感度：电快速瞬

7、态脉冲群抗扰度试验(kV),EMC标准及其测试,传导敏感度：浪涌抗扰度试验（kV）,EMC标准及其测试,传导敏感度：电压跌落与短时中断抗扰度,EMC标准及其测试,EMC测试结果的评价 A级：试验中技术性能指标正常； B级：试验中性能暂时降低，功能不丧失，试验后能自行恢复； C级：功能允许丧失，但能自恢复，或操作者干预后能恢复； R级：除保护元件外，不允许出现因设备（元件）或软件损坏或数据丢失而造成不能恢复的功能丧失或性能降低。,EMC基础理论,电磁干扰的时域与频域描述 :时域特性,EMC基础理论,电磁干扰的时域与频域描述 :频域特性,EMC基础理论,电磁干扰的时域与频域描述 :周期梯形波的频谱

8、,EMC基础理论,电磁干扰的时域与频域描述:宽带噪声,EMC基础理论,电磁干扰的时域与频域描述:时钟与数据噪声,EMC基础理论,分贝（dB）的概念 分贝是电磁兼容中常用的基本单位。 定义为两个功率的比：,EMC基础理论,五个泄漏源的泄漏强度相同,EMC基础理论,传导干扰耦合形式 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。 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。 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。,EMC基础理论,电场：导体之间的

9、电压产生电场 电场强度单位：V/m 磁场：导体上的电流产生磁场 磁场强度单位：A/m,EMC基础理论,电场与磁场 波阻抗：Zo=E/H,EMC基础理论,差模辐射：电流在信号环路中流动产生,EMC基础理论,共模辐射：由于导体的电位高于参考电位产生,EMC基础理论,PCB主要产生差模辐射,EMC基础理论,线缆主要产生共模辐射,EMC基础理论,差模辐射电场的计算 其中 ： E:电场强度(V/m) f :电流的频率(MHz) A:电流的环路面积(cm2) I :电流的强度(mA) r :测试点到电流环路的距离(m),EMC基础理论,共模辐射电场的计算 其中 E:电场强度(V/m) f :电流的频率(M

10、Hz) L:电缆的长度(m) I :电流的强度(mA) r :测试点到电流环路的距离(m),EMC基础理论,屏蔽的基本理论和设计要点,EMC基础理论,屏蔽效能计算公式： SE(dB)= R(dB)+A(dB)+B(dB) R(dB)-reflection loss A(dB)-absorption B(dB)-re-reflection loss,EMC基础理论,屏蔽设计的基本原则： 屏蔽体结构简洁，尽可能减少不必要的孔洞，尽可能不要增加额外的缝隙； 避免开细长孔，通风孔尽量采用圆孔并阵列排放。屏蔽和散热有矛盾时尽可能开小孔，多开孔，避免开大孔； 足够重视电缆的处理措施，电缆的处理往往比屏蔽本

11、身还重要； 屏蔽体的电连续性是影响结构件屏蔽效能最主要的因素，相对而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影响是微不足道的（低频磁场例外）； 注意控制成本；,EMC设计,EMC设计思路 系统分析产品 提出设计重点 设计分解 输出设计方案,EMC设计,产品EMC设计 PCB设计（布局、分层、布线、匹配） 滤波设计（分层滤波） 接地设计（工作地、保护地、雷击地、接地方法） 屏蔽设计（通风、结构开口、出线缆、搭接）,EMC设计,屏蔽设计 通风孔屏蔽设计 结构搭接缝屏蔽设计 出线电缆屏蔽设计 结构件开口屏设计,EMC设计,通风孔及开口设计,EMC设计,结构搭接缝屏蔽设计,EMC设计,电缆从屏蔽体内穿出

12、： 如果导体从屏蔽体中穿出去，将对屏蔽体的屏蔽效能产生显著的劣化作用。这种穿透比较典型的是电缆从屏蔽体中穿出。,EMC设计,穿出屏蔽体电缆的设计原则： 采用屏蔽电缆时，屏蔽电缆在出屏蔽体时，采用夹线结构，保证电缆屏蔽层与屏蔽体之间可靠接地，提供足够低的接触阻抗。 2、采用屏蔽电缆时，用屏蔽连接器转接将信号接出屏蔽体，通过连接器保证电缆屏蔽层的可靠接地。 3、采用非屏蔽电缆时，采用滤波连接器转接，由于滤波器通高频的特性，保证电缆与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗。,EMC设计,穿出屏蔽体电缆的设计原则： 4、采用非屏蔽电缆时，电缆在屏蔽体的内侧（或者外侧）要足够短，使干扰信号不能有效地耦合出去，从而

13、减小了电缆穿透的影响。 5、电源线通过电源滤波器出屏蔽体，由于滤波器通高频的特性，保证电源线与屏蔽体之间有足够低的高频阻抗。 6、采用光纤出线。由于光纤本身没有金属体，也就不存在电缆穿透的问题。,EMC设计,不良接地,EMC设计,截止波导通风板,EMC设计,接地的概念及目的： 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人员和设备的安全。 二是为电流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地。 防雷接地，为雷击提供电流泄放。,EMC设计,接地提供信号回流,EMC设计,单点接地 适用于工作频率1MHz以下系统,由于地线长度的原因，共

14、模电压依然存在，所以单 点接地适合工作频率不高的系统；,EMC设计,接地的形式：多点接地及混合接地,EMC设计,滤波 滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络，阻止某段频率范围内的信号沿线传递。 滤波电路种类：反射、吸收。,EMC设计,滤波器件 电容（通用电容、三端电容） 电感（通用电感、共模电感、磁珠） 电阻,EMC设计,基本的滤波形式,EMC设计,差模滤波与共模滤波设计：,EMC设计,电容和三端电容特性,EMC设计,共模扼流圈,EMC设计,铁氧体磁珠,EMC设计,PCB设计 布局：同类电路布在一块、控制最小路径原则、高速电路间不要靠近小面板、电源模块靠近进单盘

15、的位置 分层：高速布线层必须靠近一层地、电源与地相邻、元件面下布一层地、近可能将两个表层布地层、内层比表层缩进20H 布线：3W原则、差分对线等长，靠近走、高速或敏感线不能跨分割区 接地：同类电路单独分布地，在单板上单点相连 滤波：电源模块、功能电路设计板级虑波电路 接口电路设计：接口电路设计滤波电路、实现内外有效隔离,EMC设计,PCB分层设计 元件面下面（第二层）为地平面 所有信号层尽可能与地平面相邻 尽量避免两信号层直接相邻 主电源尽可能与其对应地相邻 兼顾层压结构对称,EMC设计,六层板电路分层：优选方案3，可用方案1，备用方案2、4,EMC设计,八层板分层：优选方案2、3、可用方案1

16、,EMC设计,布局的基本原则： 参照原理功能框图，基于信号流向，按照功能模块划分 数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分开布局 单板焊接面避免放置敏感器件或强辐射器件 敏感信号、强辐射信号回路面积最小 晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件远离单板拉手条、对外接口连接器、敏感器件放置，推荐距离1000mil 敏感器件：远离强辐射器件，推荐距离1000mil 隔离器件、A/D器件：输入、输出互相分开，无耦合通路（如相邻的参考平面），最好跨接于对应的分割区,EMC设计,特殊器件布局 电源部分（置于电源入口处） 时钟部分（远离开口，靠近负载，布线内层） 电感线圈（远离

17、EMI源） 总线驱动部分（布线内层，远离开口，靠近宿） 滤波器件（输入、输出分开，靠近源，引线短）,EMC设计,布线 走线短，不同类走线间距宽（信号及其回流线、差分线、屏蔽地线除外），过孔少，无环路，回路面积小，无线头 有延时要求的走线，其长度符合要求 无直角，对关键信号线优先采用圆弧倒角 相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布线1000MIL 走线线宽无跳变或满足阻抗一致,EMC设计,滤波电容的布局：BULK电容： 所有分支电源接口电路 功耗大的元器件附近 存在较大电流变化的区域，如电源模块的输入和输出端、风扇、继电器等 PCB电源接口电路 去藕电容的布局： 靠近电源管脚 位置、数量

18、适当,EMC设计,接口电路的布局的基本原则： 接口信号的滤波、防护和隔离等器件靠近接口连接器放置，先防护，后滤波 接口变压器、光耦等隔离器件做到初次级完全隔离 变压器与连接器之间的信号网络无交叉 变压器对应的BOTTOM层区域尽可能没有其它器件放置 接口芯片（网口、E1/T1口、串口等）尽量靠近变压器或连接器放置,EMC案列分析,案例1 案例2 案例3 见附件,产品认证及技巧,各国产品安全和EMC认证组织 欧盟：CE 美国：FCCUL、NEBS 日本：VCCI 澳大利亚：CE 中国：CCC 台湾：CE,产品认证及技巧,产品认证方式： 自我宣称（FCC、CE） 委托认证（认证机构）,产品认证及技巧,产品认证机构 TUV（CE、GS、FCC、CCC、VCCI、ISO9000、etc） TUV