傳導與輻射

 

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱EMI，有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產生干擾；輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網絡或電子設備。為了防止一些電子產品產生的電磁干擾影響或破壞其它電子設備的正常工作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產品產生電磁干擾有關規(guī)章或標準，符合這些規(guī)章或標準的產品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC 標準不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經濟組織，保護自己利益經常采取的手段。

 

 

EMC標準及測試

 

國際標準

 

1、國際電工委員為IEC

2、國際標準華組織ISO

3、電氣電子工程師學會IEEE

4、歐盟電信標準委員會ETSI

5、國際無線電通信咨詢委員CCIR

6、國際通訊聯(lián)盟ITU

6、國際電工委員會IEC有以下分會進行EMC標準研究

-CISPR：國際無線電干擾特別委員會

-TC77：電氣設備（包括電網）內電磁兼容技術委員會

-TC65：工業(yè)過程測量和控制

 

國際標準化組織

 

1、FCC聯(lián)邦通

2、VDE德國電氣工程師協(xié)會

3、VCCI日本民間干擾

 4、BS英國標準

5、ABSI美國國家標準

6、GOSTR俄羅斯政府標準

7、GB、GB/T中國國家標準

 

EMI測試

 

1、輻射騷擾電磁場（RE）

2、騷擾功率（DP）

3、傳導騷擾（CE）

 4、諧波電路（Harmonic）

5、電壓波動及閃爍（Flicker）

6、瞬態(tài)騷擾電源（TDV）

 

EMS測試

 

1、輻射敏感度試驗（RS）

2、工頻次次輻射敏感度試驗（PMS）

3、靜電放電抗擾度（ESD）

 4、射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試（CS）

5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試（DIP）

6、浪涌（沖擊）抗擾度測試（SURGE）

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試（EFT/B）

8、電力線感應/接觸（Power induction/contact）

 

EMC測試結果的評價

 

A級：實驗中技術性能指標正常

B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，實驗后能自行恢復

C級：功能允許喪失，但能自恢復，或操作者干預后能恢復

R級：除保護元件外，不允許出現(xiàn)因設備（元件）或軟件損壞數(shù)據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。

5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試（DIP）

6、浪涌（沖擊）抗擾度測試（SURGE）

7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試（EFT/B）

8、電力線感應/接觸（Power induction/contact）

 

EMC基礎理論

 

－電磁干擾的時域與頻域描述 :時域特性

 

 

－電磁干擾的時域與頻域描述 :頻域特性

 

 

－電磁干擾的時域與頻域描述 :周期梯形波的

 

 

－電磁干擾的時域與頻域描述:寬帶噪聲

 

 

－電磁干擾的時域與頻域描述:時鐘與數(shù)據噪聲

 

 

－分貝（dB）的概念

     

分貝是電磁兼容中常用的基本單位。

    

定義為兩個功率的比：

 

 

傳導干擾耦合形式

 

1、共阻抗耦合

-由兩個回路經公共阻抗耦合而產生，干擾量是電流i，或變化的電流di/dt。

2、容性耦合

-在干擾源與干擾對稱之間存在著耦合的分布電容而產生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。

3、感性耦合

-在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。

 

－電場與磁場

 

 

電場：導體之間的電壓產生電場

-電場強度單位：V/m

 

磁場：導體上的電流產生磁場

-磁場強度單位：A/m

 

 

波阻抗：Zo=E/H

 

差模輻射與共模輻射

 

1、差模輻射：電流在信號環(huán)路中流動產生

 

 

2、共模輻射：由于導體的電位高于參考電位產生

 

 

3、PCB主要產生差模輻射

 

 

4、線纜主要產生共模輻射

 

 

5、差模輻射電場的計算

 

 

其中 ：        

                E:電場強度(V/m)

                f :電流的頻率(MHz)

                A:電流的環(huán)路面積(cm2)

                I :電流的強度(mA)

                r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)

 

6、共模輻射電場的計算

 

 

其中 ：   

                E:電場強度(V/m)

                f :電流的頻率(MHz)

                L:電纜的長度(m)

                I :電流的強度(mA)

                r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)

7、屏蔽的基本理論和設計要點

 

 

7.1屏蔽效能計算公式：

　　

                SE(dB)= R(dB)+A(dB)+B(dB)

                R(dB)-reflection loss

                A(dB)-absorption

                B(dB)-re-reflection loss

7.2屏蔽設計的基本原則：

    a、屏蔽體結構簡潔，盡可能減少不必要的孔洞，盡可能不要增加額外的縫隙；

    b、避免開細長孔，通風孔盡量采用圓孔并陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時盡可能開小孔，多開孔，避免開大孔；

    c、足夠重視電纜的處理措施，電纜的處理往往比屏蔽本身還重要；

    d、屏蔽體的電連續(xù)性是影響結構件屏蔽效能最主要的因素，相對而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影響是微不足道的（低頻磁場例外）；

    e、注意控制成本；

 

EMC設計

 

EMC屏蔽設計

 

1、通風孔及開口設計

 

 

2、結構搭接縫屏蔽設計

 

 

3、電纜從屏蔽體內穿出

 

如果導體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。

 

 

4、穿出屏蔽體電纜的設計原則：

 

    a、采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結構，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。

    b、采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。

    c、采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉接，由于濾波器通高頻的特性，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

    d、采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內側（或者外側）要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。 

    e、電源線通過電源濾波器出屏蔽體，由于濾波器通高頻的特性，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

    f、采用光纖出線。由于光纖本身沒有金屬體，也就不存在電纜穿透的問題。

 

5、不良接地

 

 

6、屏蔽材料及應用（導電布、簧片、導電橡膠）

 

 

7、截止波導通風板

 

 

 

 

 

 

8、良好接地

 

 

EMC接到設計

 

1、接地的概念及目的

     a、一是為了安全，稱為保護接地。電子設備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設備的安全。

     b、二是為電流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地。

     c、防雷接地，為雷擊提供電流泄放。

 

2、接地提供信號回流

 

 

3、單點接地

     

適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)

 

 

4、多點接地及混合接地

 

 

EMC濾波設計

 

1、濾波

    a、濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構成的頻率選擇性網絡，阻止某段頻率范圍內的信號沿線傳遞。

   b、 濾波電路種類：反射、吸收。

 

2、濾波器件

 

    a、電容（通用電容、三端電容）

    b、電感（通用電感、共模電感、磁珠）

    c、電阻

 

3、基本的濾波形式

 

 

4、差模濾波與共模濾波設計：

 

 

5、電容和三端電容特性

 

 

6、共模扼流圈

 

 

7、鐵氧體磁珠

 

 

EMC PCB 設計

 

1、PCB設計

    a、布局：同類電路布在一塊、控制最小路徑原則、高速電路間不要靠近小面板、電源模塊靠近進單盤的位置

    b、分層：高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件面下布一層地、近可能將兩個表層布地層、內層比表層縮進20H

    c、布線：3W原則、差分對線等長，靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區(qū)

    d、接地：同類電路單獨分布地，在單板上單點相連

    e、濾波：電源模塊、功能電路設計板級慮波電路

    f、接口電路設計：接口電路設計濾波電路、實現(xiàn)內外有效隔離

 

2、布局的基本原則：

    a、參照原理功能框圖，基于信號流向，按照功能模塊劃分

    b、數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局

    c、單板焊接面避免放置敏感器件或強輻射器件

    d、敏感信號、強輻射信號回路面積最小

    e、晶體、晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板拉手條、對外接口連接器、敏感器件放置，推薦距離≥1000mil

    f、敏感器件：遠離強輻射器件，推薦距離≥1000mil

    g、隔離器件、A/D器件：輸入、輸出互相分開，無耦合通路（如相鄰的參考平面），最好跨接于對應的分割區(qū)

 

3、特殊器件布局

    a、電源部分（置于電源入口處）

    b、時鐘部分（遠離開口，靠近負載，布線內層）

    c、電感線圈（遠離EMI源）

    d、總線驅動部分（布線內層，遠離開口，靠近宿）

    e、濾波器件（輸入、輸出分開，靠近源，引線短）

 

4、濾波電容的布局：BULK電容：

    a、所有分支電源接口電路

    b、功耗大的元器件附近

    c、存在較大電流變化的區(qū)域，如電源模塊的輸入和輸出端、風      扇、繼電器等

    d、PCB電源接口電路

5、、去藕電容的布局：

    a、靠近電源管腳

    b、位置、數(shù)量適當

 

6、接口電路的布局的基本原則

 

接口信號的濾波、防護和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護，后濾波

接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離

變壓器與連接器之間的信號網絡無交叉

變壓器對應的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置

接口芯片（網口、E1/T1口、串口等）盡量靠近變壓器或連接器放置

 

7、布線

 

走線短，不同類走線間距寬（信號及其回流線、差分線、屏蔽地線除外），過孔少，無環(huán)路，回路面積小，無線頭

 

有延時要求的走線，其長度符合要求

無直角，對關鍵信號線優(yōu)先采用圓弧倒角

相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關鍵信號平行布線≤1000MIL

走線線寬無跳變或滿足阻抗一致

 

各國產品安全和EMC認證組織

-歐美：CE

-美國：FCC&UL，NEBS

-日本：VCCI

-澳大利亞：CE

-中國：CCC

-臺灣：CE

產品認證流程

-認證申請

-提交認證材料（認證標準、產品使用手冊等）

-產品測試

-完成測試報告

-頒發(fā)認證證書

-產品發(fā)布

 

EMC工程師八個技能

 

1、EMC的基本測試項目以及測試過程掌握；

2、產品對應EMC的標準掌握；

3、產品的EMC整改定位思路掌握；

4、產品的各種認證流程掌握；

5、產品的硬件硬件知識，對電路（主控、接口）了解；

6、EMC設計整改元器件（電容、磁珠、濾波器、電感、瞬態(tài)抑制器件等）使用掌握；

7、產品結構屏蔽設計技能掌握；

8、對EMC設計如何介入產品各個研發(fā)階段流程掌握。

 

來源：益芯城