汽车电子EMC设计整改

CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC设计整改2020/12/91CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedContentsEMC基础知识EMC整改常用器件介绍EMC整改对策与PCB设计原则简介2020/12/92CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC基础知识EMC常用术语EMC标准分类与制定机构前装车机EMC标准EMC测试技术简介2020/12/93CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC常用术语（1）EMC～ElcetroMagneticCompatibility(电磁兼容性)电子产品在电磁环境中干扰其它产品或遭受其它产品干扰的特性。指设备或系统在其电磁环境中，能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC包括以下两大项：EMI–ElectroMagneticInterference(电磁干扰)EMS–ElectroMagneticSusceptibility(电磁耐受)电磁环境（ElectromagneticEnvironment）电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。电磁骚扰（ElectromagneticDisturbance）电磁骚扰是指任何可能引起装置、设备或系统性能降低，对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁干扰（ElectromagneticInterference）电磁干扰是指电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能降低。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC常用术语（2）辐射发射（RadiatedEmission）通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。传导发射（ConductedEmission）沿电源线或信号线传输的电磁发射。辐射敏感度（RadiatedSusceptibility）对造成设备性能降低的辐射骚扰场的度量。传导敏感度（ConductedSusceptibility）当引起设备性能降低时，对从传导方式引入的骚扰信号电流或电压的度量。发射限值（EmissionLimit）容许最大的发射电平，是人为制定的一个电平。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC标准分类与制定机构（1）EMC标准主要分为：基础标准、通用标准、产品类标准、专用标准。基础标准：是制定其他EMC标准的基础，它描述了EMC现象，规定了电磁骚扰发射和抗扰度的测试方法、测试设备和布置，同时定义了试验等级和性能判别，但不涉及具体产品。例如：IEC61000-4-2。通用标准：是按照产品使用的环境来分类的。例如：EN50082-1居民区、商业区和轻工业区环境抗扰度通用标准；EN50082-2工业区环境抗扰度通用标准。产品类标准：针对某系列产品而制定的。比如：CISPR22ITE信息技术设备的发射要求。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC标准分类与制定机构（2）2020/12/9国家或组织制订单位标准名称IEC（国际电工委员会）CISPR（国际无线电干扰特别委员会）CISRPPub.xxTC77（第77技术委员会）IECxxxxx欧共体GENELEC（欧洲电工标准化委员会）ENxxxxx美国FCC（美国联邦通信委员会）FCCPart.xx（15&18）MIL（美国军标）MILSTD.xx德国VDE（电气工程师协会）VDExxx日本VCCI（干扰自愿控制委员会）VCCI（标准与CISRP/IEC一致）CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved前装车机EMC标准（1）2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved前装车机EMC标准（2）典型汽车厂商标准全球性标准国标（GB）FORDEMC-CD-2009CISPR25GB18655GMW3097ISO7637-2GB/T21437-2CHRYSLERDC11224ISO7637-3GB/T21437-2BWM-95002ISO11452-2GB/T17619VolkswagenTL82066、TL82166ISO11452-4GB/T17619CITROENB217110ISO10605GB/T199512020/12/9典型汽车厂商标准是以全球性标准为基础，根据自身对EMC规格的要求制定的，各厂商要求基本上是大同小异。国标标准与全球性标准一致。CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC测试简介（1）EMC测试主要分两大类：EMI与EMS。针对前装车载信息娱乐系统主要测试项如下表：2020/12/9测试分类测试方法执行标准EMICE:电磁传导骚扰（电压法）--电源线CISPR25CE:电磁传导骚扰（电流法）--信号线RE:电磁辐射骚扰（ALSE法）EMS电磁辐射抗干扰（BCI法）ISO11452-4电磁辐射抗干扰（ALSE法）ISO11452-2瞬态传导抗干扰ISO7637-2瞬态耦合抗干扰ISO7637-3静电放电抗干扰ISO10605CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC测试简介（2）--检波方式平均值(AV)检波，其最大的特点是检波器的充放电时间常数相同，特别适用于对连续波的测量。峰值(Peak)检波，它的充电时间常数很小，即使是很窄的脉冲也能很快充电到稳定值。当频信号消失后，由于电路的放电时间常数很大，检波的输出可在很长一段时间内保持在峰值上。峰值检波所需的测试时间短，测量周期为20ms。准峰值(QP)检波，这种检波器的充放电时间常数介于平均值与峰值之间，在测量周期内的检波器输出既与脉冲幅度有关，又与脉冲重复频率有关。准峰值检波所需的测试时间长，测量周期为1s。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC测试简介（3）--检波方式2020/12/9峰值准峰值平均值准峰值平均值峰值准峰值平均值峰值准峰值平均值峰值峰值检波无法区别平均值检波无法区别CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC测试简介（4）--度量单位EMC测试中辐射骚扰通常用电磁场的大小来度量，其单位为dBuV/m。dBuV表示电压的大小，dBuV即是电压相对于1uV的值。dB=20*Log(V1/V2)，V2默认为1uV。针对CE商规产品常用限值标准，40dBuV和47dBuV，对应辐射骚扰的电压值为100uV和220uV。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReservedEMC整改常用器件介绍电容电感磁珠共模电感磁环压敏电阻&TVS管2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved电容----非理想特性理想电容器其阻抗为Z=1/jωC=-j/ωc=1/ωc(-90o)，其阻抗的幅度随频率增加线性减小，斜率为-20dB/10倍频，而且相位角恒定为-90o。实际0603封装陶瓷电容寄生电感为1nH左右（不同生产厂家略有不同，可根据可计算出其谐振频率。实际电容器的等效线路及阻抗幅频特性如图所示。2020/12/9LCpif21CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved电容----实际应用有效性分析ZloadZcap则电容可有抑制导线上的噪声电流，反之，电容基本不起作用。通过并联电容来抑制噪声电流时，一定需预测在要求频率上的元件以及并联路径阻抗级别。小容量陶瓷电容在EMC整改中经常使用。电源EMC整改中常用X、Y电容。2020/12/9zIcZcapZloadZ=Zcap||ZloadCopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved电容----并联反谐振问题两个电容并联时，因ESL和ESR的存在，会产生反谐振问题。并联谐振点阻抗Z=（R2+L/C）/2R。可见，从减小并联谐振峰的角度来说，ESR并非越小越好，对于电容值较小的陶瓷电容，ESR可选范围小，基本都在几十毫欧到一两百毫欧。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved电感----非理想特性理想电感其阻抗为Z=jωL=ωL(90o)，其阻抗的幅度随频率增加线性增加，斜率为20dB/10倍频，而且相位角恒定为90o。实际电感的等效线路及阻抗幅频特性如图所示。2020/12/9zf阻性感性容性2πLCpar12πLRparCopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved电感----实际应用有效性分析电容用来转移噪声电流，而电感与导线或带状线串联可以阻塞噪声电流。如果在噪声电流频率下电感的阻抗大于从导线或带状线看进去的原有串联电阻Zload，那么这将是有效的。如果Z很大，为了增加电路的净电感以及阻塞噪声电流将需要电感值相当大！因此，串联电感常用于低阻抗电路中。通常，EMC整改中一般只有构建LC滤波器时使用电感。2020/12/9InoiseIloadZloadzCopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved磁珠等效线路：为帮助理解，将磁珠等效为电感L、电阻R和寄生电容C并联。基本原理：X=R+jX。R代表电阻阻抗，X代表电感感抗。因采用贴片封装，寄生电容C基本可忽略。低频段：磁珠的阻抗由电感的感抗构成，R很小，铁氧体的磁导率很高，L起主要作用。电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件类似一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振，因而在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved磁珠高频段：阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小。但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved磁珠磁珠主要分为三种类型：标准型、高频型、大电流型。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved共模电感共模电感是一个以铁氧体为磁芯共模干扰抑制器，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，对共模信号呈现大电感具有抑制作用，而对差模信号具体很小的漏电感，几乎不起作用。2020/12/9CopyRight©2011AllWinnerTechnology,AllRightReserved共模电感共模电感原理：流过共模电流时，磁环中的磁通互相叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当线圈中流过差模电流时，磁环