EMC电磁兼容

电磁兼容2第一部分：EMC基础知识第二部分：滤波技术第三部分：线路板EMC设计技术第四部分：接地设计技术第五部分：结构和电缆屏蔽设计第六部分：EMC整改电磁兼容设计规范目录3第一部分：EMC基础知识1.EMC定义2.EMC测试项目简介3.EMC测试介绍41.1EMC定义EMC：Electromagneticcompatibility，电磁兼容性EMC定义：在同一电磁环境中，设备能够不因为其他设备的干扰影响正常工作，同时也不对其他设备产生影响工作的骚扰。。EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC问题(发射源,途径,接收源)EMC技术：屏蔽、滤波、接地等。干扰源敏感设备耦合途径51.2常见EMC测试项目EMCEMIEMSRECEHarmonicsFlicker辐射发射传导发射谐波电流闪烁RSCSESDEFT/BDIP/iPMS辐射抗扰度传导抗扰度静电抗扰度电快速瞬变脉冲群电压跌落/短时中断工频磁场抗扰度surge浪涌抗扰度61.3EMC测试ESD测试：IEC61000-4-2，Tr约为0.7至1ns，干扰频率延伸500MHz。对设备表面金属裸露部分对设备表面绝缘层对水平和垂直耦合板放电，耦合板通过2个470k欧电阻接地，不马上泄放的电荷形成静电场ESD试验间接放电空气放电接触放电直接放电7ESD测试波形：8EFT/B：ElectricalFastTransient/BurstIEC61000-4-4模拟附近或所在电网中切断感性负载时的脉冲干扰。EFT/B：9双指数脉冲15ms脉冲串(5kHz)脉冲串间隔是300ms上升沿5ns、脉宽50ns、干扰覆盖频率60—100MHzEFT/B测试波形：10受试设备信号源容性耦合夹信号源受试设备耦合去耦电源端试验：耦合去耦网络（CDN）注入电源端；EFT/B试验：接电源或辅助供电设备接辅助设备信号端试验：容性耦合夹干扰耦合，信号线穿过容性耦合夹，容性耦合夹与信号线间有分布电容33-200pF，使干扰被注入信号电缆。11Dip/interruptionsDIP/interruptions：模拟AC电网中接入大功率设备引起的电网电压下降甚至短时中断，考察设备在此工作状态的性能稳定性。交流测试标准：IEC61000-4-11。跌落深度持续时间性能判据70％500msC40%200msC010msB05sC试验组合12Dip/interruptions试验仪器控制试验的跌落深度、持续时间以及跌落相位。其中相位为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°、360°。试验仪器电源电源受试设备（EUT）13Surge：浪涌试验浪涌试验：模拟自然雷击或电网中接入大容性负载所产生脉冲对设备的影响。包含电源端和信号端测试。测试标准：IEC61000-4-5。•电源端测试：L和N线间（差模干扰）L对保护地（共模干扰）N对保护地（共模干扰）•信号端测试屏蔽线，干扰加在屏蔽层非屏蔽线，干扰加在信号线。•浪涌波形1.2/50、8/20组合波，电源端和室内信号端的试验；10/700电压波，室外信号端的浪涌试验；1.2、8、10指波形的波前时间（us）；50、20和700指得是波形的脉宽（us）。14Surge：浪涌波形15Surge：试验现场16PMS：Power-frequencyMagneticSusceptibilityPMS工频磁场试验：模拟50Hz工频磁场（如大型变压设备附近的磁场等）对设备的影响。测试标准：IEC61000-4-8。试验仪器EUT线圈50Hz电流17RS：RadiatedSusceptibilityRS：考察对外界电磁场干扰的抗扰能力；测试频段：80MHz～2000MHz；用1kHz的正弦波进行调幅，在电波暗室内进行。测试标准：IEC61000-4-3。1819CS：ConductedSusceptibility测试标准：IEC61000-4-6。•电源端CS试验此时频段150kHz～80MHz，加入的试验电压根据产品类型不同而不同，例如对于电信设备来说，该项试验时需要加3V的骚扰电压，对于工业产来说则需加扰10V。•信号端CS试验测试频段同电源端试验，加扰的强度也因产品类型不同而不同。20CS试验示意图电源端试验•信号端试验耦合钳信号发生器辅助设备CDN骚扰注入点0.1m木垫电源CDN信号发生器EUT辅助设备CDN为耦合去耦网络0.1m木垫注入点EUT21RE：RadiatedEmission考察设备在正常工作时，对外界的辐射干扰强度；测试频段根据不同的标准要求不同；如：在CISPR22中，测试频段为30～1000MHz，值得注意的是设备进行RE测试时标准要求尽可能满配置、满负荷的运行。测试标准：ITE设备为CISPR22。22RE：测试现场•天线高度、极化方向、转台角度不断改变以搜寻到设备辐射最大点。•可在开阔场和半电波暗室内进行。23CE：ConductedEmission不同类产品会有不同的针对标准。测试标准：ITE设备为CISPR22。CE包含：•电源端：测试频段为150kHz～30MHz，（直流的测试频段起始频率为150kHz，FCC标准中测试频段和CISPR22一样）。•通信端：试频段同上，指对接到公网的端口，如网口、电话口等才测试，而对接终端的信号端口，如音视频端口则无CE要求。24CE：测试示意图（电源端）•LISN：Lineimpedancestabilizationnetwork线路阻抗稳定网络。25Harmonics：交流电源谐波电流•设备的输入电压为正弦波（50Hz或者60Hz），当该电压的输入负载为非线性电路时，将会使得输入电流发生畸变，即输入电流不为正弦波，根据傅利叶变换，非正弦波信号在频域将会存在谐波，这些谐波电流将会降低设备电源的使用效率，并且会倒灌至电网，对电网产生污染。•测试标准：IEC61000-3-2。•测试上限为基频的40次谐波频率。26Flickers：交流电源的电压波动与闪烁•考察设备电源模块引起输入电源的频率变化能力，其中频率变化从设备端口反灌入电网，会引起电网频率的波动，导致对人体的伤害。•测试标准：IEC61000-3-3。271.滤波原理简介2.滤波器的作用3.滤波电路及常见滤波器件4.电源滤波器5.信号滤波器第二部分：滤波技术282.1滤波原理简介•滤波是切断耦合途径中的传导耦合•EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC问题。干扰源敏感设备耦合途径292.2滤波器的作用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。30低通滤波器的类型高阻抗ZsZLC型滤波电路高阻抗ZsZLr型滤波电路低阻抗高阻抗ZsZL反r型滤波电路高阻抗低阻抗低阻抗低阻抗ZsZL单L型滤波电路高阻抗高阻抗ZsZL型滤波电路低阻抗低阻抗ZsZLT型滤波电路2.3滤波电路及常见滤波器件31滤波电路的布局与接地要求差好接地电感削弱高频滤波效果分布电容耦合干扰电流路径加粗接地线改善接地效果输入输出物理上分离，减小耦合干扰电流路径32滤波元器件——磁珠原理符号RL等效电路【材料构成】：由含铁、镍、锌等金属的氧化物构成，俗称铁氧体；【高频特性】：高频时可以看成一个阻值随频率变化的电阻；【特点比较】：与电感比较，分布电容小，高频特性好；【常用场合】：线路板上的电源或信号滤波。5MHz50MHz500MHz40080120160200阻抗（欧姆）33滤波元器件——磁环～ZsZL差模使用【材料构成】：含铁、镍、锌等金属的氧化物构成，俗称铁氧体；【高频特性】：高频时可以看成一个阻值随频率变化的电阻；【优点比较】：可差模滤波又可共模滤波（根据夹入电缆的方式），整改验证方便;【常用场合】：电源电缆或信号电缆。～ZsZL共模使用～342.4电源滤波器LLNELNECX1CX2CY1CY2接电源接设备CY1=CY2351.基础知识2.PCB分层设计3.PCB布局设计4.PCB布线设计第三部分：线路板EMC设计技术363.1基础知识–产生电磁干扰的前提条件1）突变的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大2）辐射天线或传导导体37PCB抑制干扰总结如下：1、减小差模信号回路面积；2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；3、减小共模电压（接地设计）。其中，1和3是PCBEMC设计的关键。383.2PCB分层设计【设计原则】：多层板中，关键布线层（CLK、Bus、I/O、RF、Reset及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。【原理分析】：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线使信号回路面积减小，减小辐射强度或提高抗干扰能力。地层地层关键布线层信号回路39【设计原则】：对于单层板，关键信号线两侧应该布地。【原理分析】：关键信号线两侧“包地处理”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间的串扰。注：关键信号两侧的地尽量多过孔，防止地变成天线。ICICPCB注：红线为关键信号线，篮线为地线。40【设计原则】：双层板关键信号线的投影平面上有大面积铺地，【原理分析】：原因靠近地平面布线使信号回路面积减小，减小辐射强度或提高抗干扰能力。。ICIC铺地41【设计原则】：多层板中，电源平面相对其相邻地平面内缩（5H～20H）。【原理分析】：电源平面相对于其回流地平面内缩可抑制“边缘辐射”；信号大部分通过地回路流回电压，也就是gnd作为回流路径电源层地层HE20H电源层地层HE42【设计原则】：多层板中，TOP、BOTTOM层无≥50MHz的信号线。【原理分析】：将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。过孔ICIC43【设计原则】：f≥50MHz的多层板，若第二层与倒数第二层为布线层、则TOP、BOTTOM层应铺接地铜箔，且地平面多过孔。【原理分析】：接地铜箔可阻挡高频信号的对空间辐射。过孔ICIC44【设计原则】：多层板中，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻。【原理分析】：电源面和地平面相邻，有效减小电源电流回路面积。布线层1地层电源层布线层2布线层1地层电源层布线层2×√45【设计原则】：在单层板中，电源走线附近须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。IC电源线地线单层板IC电源线地线单层板×√46【设计原则】：在双层板中，电源走线附近须有地线与其紧邻、平行走线。【原理分析】：减小电源电流回路面积。IC电源线地线双层板IC地线电源线或47【设计原则】：分层设计时，避免布线层相邻。如无法避免，拉大两布线层间距，缩小布线层与其信号回路层间距。【原理分析】：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。地层布线层1布线层2电源层ד布线层1”与“布线层2”不宜相邻483.3PCB布局设计【设计原则】：PCB布局，沿信号流向直线放置原则，避免来回环绕。【原理分析】：避免信号直接耦合，影响信号质量。网口变压器PHYCPU接口网口变压器PHY接口CPU直接耦合×√49【设计原则】：多个模块在同一板子时，数/模、高速/低速等分开布局。【原理分析】：避免数/模、高速/低速电路的串扰。其他有噪声电路数字电路模拟电路电源电路50【设计原则】：PCB上同时存在高、中、低速电路时，遵从下图布局原则。【原理分析】：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。接口低速电路（如低频模拟电路）中速电路（如数字控制电路）高速电路（如大规模集成电路）51【设计原则】：有较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块的in/out端、风扇、继电器）附近应放置储能和高频滤波电容。【原理分析】：储能电容的存在可以减小大电流回路的回路面积。电源IC瞬时电流慢速充电电流慢速充电电流52【设计原则】：线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放置。【原理分析】：避免已经经过了滤波的线路被再次耦合。IC1IC2IC3noiseinoiseE滤波电路IC1IC2IC3滤波电路53【设计原则】：PCB板接口电路的滤波、防护及隔离器件应靠近接口放置。【原理分析】：防护、滤波和隔离效果好。54【设计原则