EMC电磁兼容培训.ppt

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1、EMC基础知识培训,目录,一、EMC概论及基础知识.Enter,二、EMC测试项目.Enter,三、EMC设计整改.Enter,四、ENC整改案例.Enter,一、EMC概述及基础知识,EMC：Electromagnetic compatibility，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=MEI（电磁干扰）+EMS（电磁敏感度）,骚扰源：磁场、电场、电磁场传输途径：感应、电容、空间、线缆敏感设备：性能降低、功能丧失、损坏,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

2、术：屏蔽、滤波、接地等。,产品类专标：通常不单独形成电磁兼容标准，而以专门条款包含在产品的通用技术条件中。产品类标准：这是根据特定产品类别而制定的电磁兼容性能的测试标准。如：GB 9254信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。通用标准：给通用环境中的所有产品提出一系列最低电磁兼容性要求。如：GB/T17799.3电磁兼容通用标准居住商业和轻工业环境中的发射标准。基础标准：不涉及具体的产品，仅就现象、环境、试验方法、试验仪器和基本试验配置等给出定义及详细描述。如：GB 17625.1 电磁兼容限值谐波电流发射限值。,基础标准,通用标准,产品类标准,产品类专标,涉及电磁兼容的国际上标准化组织主要

3、是国际电工委员会（IEC）。而其主要的组织为：第77技术委员会（TC77）和国际无线电干扰特别委员会（CISPR）。,二、EMC测试项目,EMC,EMI,EMS,RE,CE,Harmonics,Flicker,辐射发射,传导发射,谐波电流,电压闪烁,RS,CS,ESD,EFT/B,DIP/i,PMS,辐射抗扰度,传导抗扰度,静电放电,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,空间耦合,传导耦合,空间耦合,传导耦合,传导耦合和空间耦合,无线电业务的保护 要求(36.201.1a),除36.201.1 a)1)-3)规定的设备外，其他设备和系统应根据GB4824

4、（工业、科学和医疗(ISM)射频设备 骚扰特性 限值和测量方法）进行分组、分类和测试。测试项目包括：辐射发射和传导发射,设备的分组与分类（GB 4824）,设备的分组1组：本为发挥自身功能的需要而有意产生和（或）使用传导耦合射频能量的所有工科医设备。2组：为材料处理而有意产生和（或）使用电磁辐射射频能量的所有工科医设备。设备分类A类：非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。B类：家用和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备。,大多数类型的设备和系统仅为其内部功能需要而产生或使用RF能量，因此属于1组。如心电图和心磁图设备和系统，脑电图和脑磁图设备和系统等等。另外一些预期以非RF电

5、磁形式传递能量给患者的设备和系统也属于1 组设备，如医疗成像设备和系统X 射线诊断系统、CT系统、核医学系统、超声诊断系统等；治疗设备和系统X 射线治疗系统、超声治疗系统、输液泵、呼吸机等；监视设备和系统阻抗体积描记监视器、脉冲血氧计等。只有少数设备和系统是施加RF 能量给材料的（医疗设备是给患者），属于2组设备。2组设备常见的有：磁共振成像系统、透热疗法设备（短波、超短波、微波治疗设备）、热疗设备和高频手术系统等。,RE：辐射发射,RE主要是考察设备在正常工作时自身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，在CISPR 22中，测试频段为301000MHz，值得注意的是设备进行R

6、E测试时标准要求尽可能满配置、满负荷的运行。RE问题是EMC中的难点。主要因为RE设计产品EMC设计的各个环节：屏蔽、滤波、接地。,在RE测试中，天线的高度、天线的极化方向以及转台的角度都需要不断改变，以求检测到设备辐射的最大点。天线接收到的总场强为直达和反思的矢量和。选择不同的工作模式，寻找最大值。RE测试可以在开阔场和半电波暗室内进行。,CE：传导发射,任何一个非便携式设备都和其他设备有电缆互连关系，无论是通过电源电缆还是信号电缆，只要有这种互连关系的存在，设备就有一个途径将自身的共模电流传导给与其互连的设备，这种现象就叫传导干扰，又成为传导发射。传导发射包含两个部分：电源端CE和通信端C

7、E电源端CE：测试设备通过自己的电源端口向交流电网或直流配电网络传送的干扰，测试频段为150kHz30MHz。通信端CE、测试频段同上，此处描述的通信端指得是针对接到公网的端口，如网口等才有CE测试要求，而对于接终端的信号端口如音视频端口则无CE要求。,CE：测试示意图（电源端）,LISN：Line impedance stabilization network线路阻抗稳定网络,CE：测试示意图（电源端）,提供标准电源阻抗同时也提供一定的滤波器功能标准中定义应该使用“50uH/50 ohm”LISN提供一个开关，使得可以测量L线或者N线,被测试设备接口,直接接入屏蔽房的AC市电,金属外壳,同轴

8、电缆,CE：传导发射-实验等级,Harmonics：交流电源谐波,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（如：镇流器、开关电源、电子荧光灯等）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。测试上限为基频的40次谐波频率。,Flickers：交流电源闪烁,考察设备电源模块引起输入电源的频率变化能力，该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：IEC 61000-3-3。,辐射抗干扰RS：Ra

9、diated susceptibility,RS：辐射抗干扰，该项试验的目的主要用来考察设备对于外界电磁场干扰的抗扰能力，例如在设备附近使用无线通讯设备时，设备已经在进行一场考验了，测试频段：80M2500MHz，使用1kHz或2Hz的正弦波进行调幅。该项试验一般在全电波暗室内进行。,PMS：工频磁场抗扰度,PMS：工频磁场试验主要模拟50Hz工频电力线所构成的磁场（如大型变压设备附近的磁场等）对设备的影响，对此项试验较敏感的主要是产品内部有磁敏感设备，如带线圈的设备如CRT,或设备内有摩尔器件等。试验示意,EFT/B：电快速瞬变脉冲群,EFT/B：电快速瞬变脉冲群 模拟设备附近或设备所在的电

10、网中发生切断感性负载时导致的脉冲干扰(开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰)。EFT/B波形及主要参数,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。,EFT/B：电快速瞬变脉冲群,电快速群脉冲(EFT)-适用环境,EFT/B：电快速瞬变脉冲群-结果判定,Surge：浪涌试验,浪涌试验用来模拟自然雷击或者电网中接入大容性负载时所产生的

11、脉冲对设备的影响。包含电源端和信号端测试。电源端测试 包括L和N线间、L对保护地、N线对保护地、L&N对保护地，其中第一种属于差模干扰，后三种为共模干扰。信号端测试 如果是屏蔽线，干扰加在屏蔽层上，如果是地线，干扰加在信号线上，例如对用户线，直接加在AB线上。,Surge：浪涌波形,浪涌波形有：1.2/50(8/20)组合波，10/700电压波，其中1.2/50、1.2/50(8/20)波形用在电源端和室内信号端的试验上，而10/700电压波用在室外信号端的浪涌试验上。上述波形中的1.2、8和10都是指波形的波前时间，单位为us，50、20和700指得是波形的脉宽，单位也为us，可见浪涌波形的

12、能量远大于EFT/B和静电，但是干扰频宽却要窄得多。,Surge：试验方法,DIP/interruptions：试验介绍,DIP/interruptions：该试验主要是模拟交流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的现象，考察设备在处于这种工作状态中的性能稳定性。交流测试标准：IEC 61000-4-11。,DIP/interruptions：试验介绍（续）,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）,测试标准：IEC 61000-4-6。电源端CS试验此时

13、频段150kHz80MHz，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。,CS：传导抗扰度,CS：试验连接示意图,信号端试验连接图,EM CLAMP,EUT,ATTENUATER,SIGNAL GENERATER,AMPLIFIER,AUX,G.R.P,0.1m,0.4m,0.3m,CS：试验连接图示意图电源端试验连接图,0.3m,CDN,ATTENUATER,SIGNAL GENERATER,AMPLIFIER,G.R.P,0.1m,EUT,0.

14、4 m,静电放电ESD：Electrostatic discharge,ESD：静电放电，考察设备在接收外界静电源（如带电人体、带电设备等）所产生的直接放电或静电场干扰时的抵抗能力。静电波形及参数Tr约为0.7至1ns，因上升时间非常短，根据傅利叶变换，其产生干扰的频率可以延伸至500MHz,静电放电试验包含两个部分：直接放电和间接放电直接放电：又包含接触放电和空气放电 接触放电主要针对设备表面的金属裸 露部分进行。空气放电主要针对设备表面覆盖有绝缘物质的地方进行，如喷有绝缘漆等。直接放电主要模拟人体或其他带电源直接对设备放电的现象。间接放电：只包含接触放电 对水平耦合板和垂直耦合板进行放电，

15、耦合板距离设备一定距离，耦合板通过两个470k欧姆的电阻接地，所以当对耦合板放电时，耦合板上的静电不会马上泄放到地，而以耦合板为静电源形成一静电场，对设备进行干扰。模拟设备抗静电场干扰的能力,EMS-静电放电(ESD)-结果判定,三、EMC设计整改,1、整改的基本概述2、EMC滤波技术3、EMC屏蔽技术4、EMC整改要点,滤波,屏蔽,接地,数字滤波模拟滤波高通滤波低通滤波有源滤波无源滤波,电场屏蔽磁场屏蔽电磁屏蔽静电屏蔽,信号接地功率接地单端接地多端接地复合接地,解决EMC问题三大法宝,1、EMC整改的基本概述,成本控制技术-物在EMC领域，解决同一个问题，也许有很多方法和途径，对于生产企业而

16、言，成本投入越少，企业利润越高，但前提是性能、可靠性和寿命不能降低。一个产品是否成功的关键，在于企业是否良好运行成本控制技术。1、完美地解决EMC问题。2、分析电路去除多余设计。3、使用最低成本。4、可靠性和寿命不被减低。5、保持原有设计指标。,成本控制技术-人企业每年都有新产品的开发上市，对EMC技术的投入就不能仅限于对企业的后期整改，或者外包设计，上述仅能从“物”，也就是产品上暂时解决问题。根本的解决方案是使研发工程师了解EMC的设计规范，吸取设计经验，学会设计EMC，才能从“人”的根本上解决问题，实现高效、可靠、低成本且一劳永逸的解决方案。,滤波器的作用,切断干扰沿信号线或电源线传播的路

17、径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。,2、EMC滤波技术,低通滤波器的类型,滤波电路及常见滤波器件,滤波元器件磁珠,【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。,滤波元器件磁环,【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。,电源滤波器,CY1=CY2,3、EMC屏蔽

18、技术,屏蔽设计的关键要素,通风口,显示窗,键盘,指示灯,电缆插座,调节旋钮,电源线,缝隙,电缆进出屏蔽体对屏蔽的影响,电缆进出屏蔽体带来两个问题：1、结构开孔泄漏；2、电缆为屏蔽体内外提供感应耦合，降低屏效。,缝隙的屏蔽设计,缝隙屏蔽设计两种方式：紧固点压紧连接；屏蔽材料连接。,紧固点连接方式常用紧固方式：铆钉、螺钉、点焊，视具体结构方案选定。屏蔽材料的选择：缝隙屏蔽选用导电泡棉或者簧片材料、螺旋管、导电橡胶等。导电泡棉价格低，不易坏，应用方便，首选材料。簧片材料主要应用在活动缝隙场合，如门、拉手条等。,通风孔屏蔽设计,覆盖金属丝网（不推荐）：用于屏蔽要求不高，通风量大，同时有防尘要求的场合。

19、穿孔金属板（推荐）：结构简单，价格低廉。截止波导通风板：用于EMI要求等级较高的场合。,屏蔽玻璃,显示玻璃表面金属丝网或涂覆导电漆。,显示电路和其他电路隔离,屏蔽舱,磁环方式,电缆进出屏蔽体设计,无金属线缆的缆线可自由进出屏蔽体，如光纤只需考虑开孔对屏蔽的影响。,非屏蔽线进出屏蔽体必须经滤波，以免干扰通过电缆向外传导或者二次辐射。,屏蔽体泄漏定位子流程,缝隙,孔洞,检查衬垫,衬垫安装,设法密封缝隙,衬垫质量,内部结构,有衬垫,无衬垫,仍有泄漏,无泄漏,完成,辐射源是否在孔洞附近,重新设计结构，使两者远离,缩小孔洞尺寸或用截止波导,磁场,电场,3、EMC PCB板技术,产生电磁干扰的前提条件1）

20、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,PCB 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PCB EMC设计的关键。,PCB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。,【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

21、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。,【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。,【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。,【设计原则】：f50MHz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。,【设计原则】

22、：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。,【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。,【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。,【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。,“布线层1”与“布线层2”不宜相邻,【设计原则】：PCB布局，沿信号流向直线放置原则，避免来回环绕

23、。【原理分析】：避免信号直接耦合，影响信号质量。,【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。,【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。,【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。,【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。,【设计原则】：晶振、继电器、开关电源等强辐射器件离PCB接口连接器1000mil。【原理分析】：干扰

24、会直接向外辐射或在外出电缆上耦合出电流来向外辐射。,1、宽带噪声抑制方法,谱线问题描述：30300MHz频段内出现宽带噪声超标，如下图：问题定位：一般由电源或地噪声辐射引起。问题整改：通过在电源线上增加去耦磁环（可开合）进行验证，如果有改善则说明和电源线有关系，采用以下整改方法：,四、EMC整改案例,滤波器是否良好接地,如果设备有一体化滤波器，检查滤波器的接地是否良好，接地线是否尽可能短；建议：金属外壳的滤波器的接地最好直接通过其外壳和地之间的大面积搭接。,滤波器或滤波电路的输入输出是否隔离,检查滤波器的输入、输出线是否互相靠近。,滤波器,输入,输出,模块,PCB,适当调整滤波器件参数,适当调

25、整X/Y电容的容值、差模电感及共模扼流圈的感量；需要注意的是：调整Y电容时要注意安全问题；改变参数可能会改善某一段的辐射，但是却会导致另外频度变差，所以需要不断的试，才能找到最好的组合。,适当增大触发极上的电阻值,如果设备使用开关电源，适当增大触发极上的电阻值不失为一个好办法；在上图中增加两个电容也可以有效减小共模开关噪声；,PWM电路,R,减小开关电源内的回路面积,开关电源板在PCB布线时一定要控制好各回路的回流面积，可以大大减小差模辐射。,差,好,单层板或双层板中电源走线的处理,电源线,地,电容,L,增加电容为电源去耦；,多层板中电源平面层的处理,要求电源平面和地平面紧邻；,地层,电源层,

26、电源连接器插针定义是否符合要求,检查设备的板间电源连接器的插针定义。,非屏蔽设备内电源线的处理,在电源线上套磁环进行比对验证，以后可以通过在单板上增加共模电感来实现，或者在电缆上注塑磁环。,非屏蔽机箱,磁环,结构屏蔽设备的孔缝泄漏,屏蔽设备内部，孔缝附近是否有干扰源。结构件搭接处是否喷有绝缘漆，采用砂布将绝缘漆擦掉，作比较试验。,系统接地线同样可能引起宽带噪声,检查接地螺钉是否喷有绝缘漆；,系统接地线,X,屏蔽体内部,2、独立窄带尖蜂噪声抑制方法,谱线问题描述：全频段内出现间隔均匀的窄带尖蜂群噪声（如下图）或单立尖蜂噪声。问题定位：如果是均匀的窄带尖蜂群噪声，计算其间隔频率差是多少，这个频率差

27、可能就是其辐射源的基频；如果是单立的尖蜂噪声，则看看这个尖蜂噪声和单板上的时钟频率是否有倍频关系。问题整改：有针对性的处理确定的目标时钟源。,时钟源外壳是否接地,在PCB板上：晶体外壳应该接地处理；晶振的接地脚应该接地；,时钟输出匹配设计,时钟的输出根据信号质量的要求使用始端匹配，适当变缓时钟沿，减小发射。需要注意的是，使用时钟驱动器时，时钟驱动的时钟输出同样需要匹配。,时钟源的电源滤波设计,采用磁珠大电容高频电容的滤波方式给时钟源进行滤波；,GND,晶振,R,BEAD,GND,电容,时钟源是否远离任何连接器（插座）,时钟源应尽可能远离外出接口以及结构开孔附近。,PCB板上时钟走线远离连接器（

28、插座）,对于结构屏蔽设备，单板上时钟走线应远离单板上的外出接口和结构孔缝；,单层板或双层板上时钟线的处理,单层板或双层板上的时钟建议尽可能在时钟线的两侧包地线，条件不允许，也应该使时钟线和地线紧邻走线，即时钟线的一侧起码有地线，以减小时钟线的回流面积，减小差模辐射。,PCB,包地线,包地线,时钟源,多层板上时钟线的处理,时钟线走内层；,是否存在信号线跨其回流平面分割带,跨分割会使得信号回路面积增大，如下图比较；,时钟源是否尽可能靠近其负载,如下图，时钟源靠近负载的目的是使时钟走线即可能短；,时钟走线的粗细是否存在跳变,时钟线的粗细跳变会导致时钟信号出现阻抗失配问题，使时钟波形产生畸变，引起EM

29、I问题；,时钟源或时钟走线是否靠近屏蔽结构孔缝,如下图，检查是否有时钟源或者时钟走线靠近结构开孔（缝），可以采用在孔缝上使用屏蔽材料（如导电布）的方法作测试比较。,结构屏蔽设备的孔缝泄漏确定,对于结构屏蔽设备，孔缝处理不当会导致很大的辐射泄漏，严重的时候会彻底破坏结构的屏蔽效能。定位结构上哪处泄漏的方法有：使用频谱仪和近场探头沿结构孔缝处进行扫描，确定泄漏点；在暗室内转动转台和改变天线极化方式，寻找辐射最大时的转台角度以及天线的极化状态，并保持住，再进行处理。找到影响最大的泄漏缝（孔）后，采用簧片或导电布等屏蔽材料进行处理，或者检查此处结构搭接是否有喷漆等不良因素。,接口辐射之接口电路设计,通

30、过插拔电缆或在电缆上加可开合的磁环比较测试结果来确定是否有接口辐射引起超标；对于无隔离器件的接口（如串口），其外出信号线处设置接地桥，以保证其信号回流。,时钟等关键信号插针定义处理,无论是设备外出时钟信号还是产品内部的板间时钟信号，其连接器插针定义一定要为：GNDCLKGND的模式。能用同轴线走时钟最好，且要保证同轴头外壳的良好接地。,3、高密集型尖蜂群噪声的抑制方法,谱线问题描述：在某些频段内出现无任何规律可寻的高密集型尖蜂群噪声（如下图）。问题定位：对于这些噪声，单板上没有任何时钟频率和其有关系，并且非常密集，一般来说属于总线噪声；问题整改：有针对性的处理总线源。,总线是否有匹配,总线输出建议采用始端输出匹配电阻进行匹配，可以有效减小总线辐射，注意匹配电阻靠近驱动源放置；,总线驱动和接收芯片的电源必须有滤波,总线驱动和接收芯片的电源必须有良好的滤波电路，具体芯片：CPUFlashSDRAM等,VCC,电容,Bead,所有信号走线是否存在宽度变化,走线粗细的跳变会导致信号出现阻抗失配问题，使信号波形产生畸变，引起EMI问题；,谢谢！,