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(chǎn)生的干擾信號通過導電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡或電子設備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)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(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標準，符合這些規(guī)章或標準的產(chǎn)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(jīng)濟組織，保護自己利益經(jīng)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(wǎng)）內(nèi)電磁兼容技術(shù)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(jié)果的評價

 

A級：實驗中技術(shù)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(jù)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(jù)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(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生電場

-電場強度單位：V/m

 

磁場：導體上的電流產(chǎn)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(chǎn)生

 

 

2、共模輻射：由于導體的電位高于參考電位產(chǎn)生

 

 

3、PCB主要產(chǎn)生差模輻射

 

 

4、線纜主要產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)搭接縫屏蔽設計

 

 

3、電纜從屏蔽體內(nèi)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(chǎn)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）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(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡，阻止某段頻率范圍內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(guān)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(nèi)層）

    c、電感線圈（遠離EMI源）

    d、總線驅(qū)動部分（布線內(nèi)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(wǎng)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(wǎng)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(guān)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(guān)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(chǎn)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(chǎn)品認證流程

-認證申請

-提交認證材料（認證標準、產(chǎn)品使用手冊等）

-產(chǎn)品測試

-完成測試報告

-頒發(fā)認證證書

-產(chǎn)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(chǎn)品對應EMC的標準掌握；

3、產(chǎn)品的EMC整改定位思路掌握；

4、產(chǎn)品的各種認證流程掌握；

5、產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)屏蔽設計技能掌握；

8、對EMC設計如何介入產(chǎn)品各個研發(fā)階段流程掌握。

 

來源：益芯城