EMI-测试基本知识介绍

内部公开▲1/13技术文件技术文件名称：EMI测试基本知识介绍技术文件编号：版本：V1.0文件质量等级：共17页(包括封面)拟制审核会签标准化批准深圳市中兴通讯股份有限公司修改记录文件编号版本号拟制人/修改人拟制/修改日期更改理由主要更改内容（写要点即可）宋昌元2006.4.5注：文件第一次拟制时，“更改理由”、“主要更改内容”栏写“无”。内部公开▲2/13目录1EMI干扰.................................................................................................................................21.1EMI分类................................................................21.2差模和共模干扰..........................................................32测量系统的架构......................................................................................................................42.1EMI测量系统............................................................42.2EMS测量系统............................................................43测试仪器..................................................................................................................................43.1EMI测试接收机EMITestReceiver........................................43.2阻抗稳定网络ISN........................................................53.3耦合-去耦网络CDN（CoupleandDecouplenetworks）...................63.4干扰分离器的方法原理....................................................74可靠性室EMI测试..............................................................................................................104.1相关测试设备介绍.......................................................104.2传导骚扰测试框图.......................................................124.3传导抗扰度试验.........................................................135参考文献................................................................................................................................13摘要：主要介绍EMI相关的基本概念、测试系统的组成、测试仪器的基本原理、可靠性室相关的测试仪器和测试方法。关键词：EMIElectromagneticInterferenceISNImpedanceStabilizationNetworkCDNCoupleandDecouplenetworksAMNArtificialMainsNetworkDMDifferentialmodeCMCommonmodeEMI测试基本知识介绍1EMI干扰1.1EMI分类根据传导模式的不同EMI主要分为：辐射性骚扰(RadiatedEmission）和传导性骚扰（ConductedEmission）。辐射性EMI通过设备外壳的缝隙、开孔或其他缺口泄漏直接由空间传播，无须任何传输介质；主要为电路通电后，由于电磁感应效应所产生的电磁辐射发射所形成的电磁干扰，集中表现在频率的高端；一般用屏蔽（Shielding）、接地（Grounding）等方式解决。对辐射传导EMI解决方式归纳为以下几种：在干扰源加LC滤波回路；在I/O端加上去耦电容到地；用屏蔽隔离（Shielding）的方式把电磁波围覆在屏蔽罩内；尽量将PCB的地面积扩张；产品内部尽量少使用排线或实体线；产品内部的实体线尽量做成绞线以抑制杂讯幅射，同时在排线的I/O端加上去耦电容；在差模信号线的始端或末端加上共模滤波器（CommonModeFilter）；遵循一定的模拟和数字电路布线原则。传导性EMI（conducted）是指部分的电磁（射频）能量通过外部缆线（cable）、电源线、I/O互连介面，形成传导波（propagationwave）被传送出去，经过电源线传输干扰的，对共电源的设备产生干扰，导致设备功能异常，集中表现在频率的低端；对于传导性EMI的抑制，首先、需要对电子元件产生的传导性EMI作有效的测量，再依据结果选择适当的元件值设计滤波器来加以防治。内部公开▲3/13根据EMI干扰的形成可以分为：差模DM（Differentialmode）和共模CM（Commonmode）。差模也称作对称模式（symmetricmode）或正常模式（normalmode）；而共模也称作不对称模式（asymmetricmode）或接地泄漏模式（groundleakagemode）。共模骚扰包括共地阻抗的共模干扰（Common-ModeCoupling）和电磁场对导线的共模干扰（Fieldtocable/traceCommon-ModeCoupling），前者是因杂扰产生源与被干扰电路间共用同一接地电阻所产生的共模干扰，解决方法可由实行地的切割来避免共地干扰问题；后者则为高电磁能量所形成的电磁场对设备间之配线所造成的干扰，可由屏蔽隔离（Shielding）的方法来处理场对线的干扰问题。而差模干扰，常见的是导线对导线的差模干扰（CabletoCableDifferential-ModeCoupling），干扰途径为某一导线内的干扰信号感染到其他导线而馈入被干扰电路，属于近场干扰的一种，可通过加宽线与线之间的距离来处理此类干扰问题。1.2差模和共模干扰图1差模和共模干扰如图1(a)所示，差模干扰是当两条电源供应线路的电流方向互为相反时发生；如图1(b)所示，共模干扰是当所有的电源供应线路的电流方向相同时发生。一般，差模信号通常是有用的，承载有用的数据信息；而共模信号是不要的干扰信号或是差模电路的产生的干扰，这正是EMC的昀大难题。从图1中，可以清楚发现，共模干扰的发生大多数是因为杂散电容（straycapacitor）的不当接地所造成的。这也是为何共模也称作接地泄漏模式的原因。图2差模和共模干扰电路如图2所示为常见的差模和共模干扰的等效电路，L是有作用（Live）或相位（Phase）的意思，N是中性（Neutral）的意思，E是安全接地或接地线（Earthwire）的意思；EUT是测试中的设备（EquipmentUnderTest）之意思。在E下方，有一个接地符号，它是采用国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission；IEC）所定义的有保护的接地（ProtectiveEarth）之符号（在接地线的四周有一个圆形），而且有时会以PE来注明。DM干扰源是透过L和N对偶线，来推挽（pushandpull）电流IDm。因为有DM干扰源的存在，所以没有电流通过接地线路。干扰的电流方向是根据交流电的周期而变化的。电源电路所提供的基本的交流工作电流，在本质上也是差模的。因为它流进L或N线路，并通过L或N线路离开。不过，在图2中的差模电流并没有包含这个电流。这是因为工作电流虽然是差模的，但它不是干扰信号。另外，对一个电流源（信号源）而言，若它的基本频率是电源频率（linefrequency）的两倍：100或120Hz，实质上它仍是属于直流，而且不是干扰信号；即使它的谐波频率，超过了标准的传导式EMI之限制范围（150kHz内部公开▲4/13to30MHz）。然而，必须注意的是，工作电流仍然保留有直流偏压的能量，此偏压是提供给滤波抗流线圈（filterchoke）使用，因此这会严重影响EMI滤波器的效能。这时，当使用外部的电流探针来量测数据时，很可能因此造成测量误差。2测量系统的架构2.1EMI测量系统如图3（a）所示，系统将干扰分离成共模干扰（Commonmodenoise）和差模干扰（Differentialmodenoise），两个干扰分量分别为共模干扰电流和差模干扰电流导致。在单相三线电力系统中，共模干扰电流CM是指：L（Line）、N（Neutral）两线对于接地线（Ground）的干扰电流分量；差模电流DM是指：直接流经Line）和Neutral两线之间，而不流经地线的干扰电流分量。图中所示，干扰由电源传输阻抗稳定网络LISN（Lineimpedancestabilizationnetwork）或仿真的主要网路（ArtificialMainsNetwork；AMN）取出以后，经过干扰分离器（Noiseseparator）可以得到想要的干扰信号值，再通过频谱分析仪（Spectrumanalyzer）进行测量。如图3（b）所示为电信端口测试的原理结构，由于有用信号可能构成共模骚扰，所以主要测量从EUT电信端口发射出来的共模骚扰，被测试信号从ISN取出送到测试仪器测量。2.2EMS测量系统如图4所示（a）、（b）分别为电源端口和电信端口传导性EMS测试原理框图。干扰信号由射频信号发生器在规定的覆盖频率点上，用1KHz正弦波调幅，80%的调制度产生。干扰信号通过CDN或干扰注入其的射频输入端注入。3测试仪器3.1EMI测试接收机EMITestReceiverEMI测试接收机是EMC试验中昀常用的基本测试仪器，它实际上是含高频选频放大之超外差接收机，其灵敏度可通过输入回路之可调衰减器来调变，由于测试信号输入常常是极宽频谱的信号，运用可调谐高频选择器对输入信号进行预选，可以改善混频器之工作状况，中频放大器和中频选择器用来确定仪器之通行频带，并对信号进行功率放大。基于测试接收机的频率响应特性要求，按CISPR16规定，测试接收机应有四种基本检波方式︰准峰值检波、均方根值检波、峰值检波及平均值检波。而大多数电磁干扰都是脉冲干扰，其对音频影响的实际效果是随着重复频率之增高而增大，具有特定时间常数的准峰值检波器的输出特性可以近似反应这种影响。因此在无线广播频率内部公开▲5/13领域，CISPR所推荐的电磁兼容性规范采用准峰值检波。由于准峰值检波既要利用干扰信号的幅度，又要反映它的时间分布，因此其充电时间常数比峰值检波器大，而放电时间常数比峰值检波器小，对不同频谱段应有不同的充放电时间常数，这两种检波方式主要用于脉冲干扰测试。瞬间变化及重复频率很低的脉冲干扰源已成为主流，使用准峰值检波器已不能客观评估此类干扰之特性，军规测试EMC对于单一脉冲或重复频率很低之脉冲进行检测，常用峰值检波，由于峰值检波是要测试出干扰信号振幅之昀大值，故它只取决于信号的幅度而与时间无关，其充电放电时间常数比值TC/TD要足够小，通常TC/TD为几百分之一。平均值检波主要用来测试窄频