电磁兼容设计技术

null为什么要掌握电磁兼容技术为什么要掌握电磁兼容技术因为： 电子电路日益复杂，调试越来越难 电磁兼容 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 强制实施 市场竞争日益激烈，开发周期越来越短为什么要“调”电路为什么要“调”电路信号畸变不能达到预期的功能信号本身失真 反射 损耗串扰地线、电源 噪声外界干扰 （辐射、传导）电磁兼容设计信号完整性电磁兼容设计是必须的电磁兼容设计是必须的设备之间的干扰也不容忽视设备之间的干扰也不容忽视开关电源数字脉冲电路数字视频设备220AC怎样对付这些干扰问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 怎样对付这些干扰问题屏蔽接地滤波选什么材料屏蔽体怎样接地屏蔽效能取决于什么因素地线与干扰有什么关系应该怎样设计地线怎样实现有效的滤波为什么滤波并不有效一个干扰的例子一个干扰的例子RS105，脉冲电磁场试验消除干扰的措施与结果消除干扰的措施与结果共模滤波电容滤波的测试结果滤波的软件仿真结果实践电磁兼容技术实践电磁兼容技术课程特点： 注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂公式 内容实用，立竿见影 培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析方法、问题解决能力等）课程内容课程内容电磁兼容要求（标准）与试验方法 地线造成的干扰问题与解决方法 电磁屏蔽与搭接 电磁干扰滤波技术 电缆设计 线路板设计 通过学习本课程要达到：通过学习本课程要达到： 对电磁兼容技术有全面的了解 掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术 在产品电磁兼容设计方面有明确的思路 使产品顺利通过电磁兼容试验 具备进一步学习的能力 第一章 第一章预备知识与基本概念电路之间的干扰电路之间的干扰模拟电路控制电路 （处理器）信号处理电源电容耦合电容耦合电场VN = VS[ZL/(ZC+ZL)] ZL VSVN容抗： ZC = 1/jC 电感耦合电感耦合I1VN公共阻抗耦合公共阻抗耦合数字 电路模拟 电路VN传导性干扰传导性干扰模拟电路数字电路 天线 天线接收天线： 将天线上的电磁波变成端口上的电压 辐射天线： 将端口上的电压变成电磁波VV基本天线结构基本天线结构环天线 偶极天线 单极天线 VVV环天线产生的辐射环天线产生的辐射近场区内（ D〈  /2 ）: H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m 远场区内（D 〉/2） : H = IA / ( 2D) A/m E = Z0  IA / ( 2D) V/m D导线的辐射导线的辐射近场区内: H = I L / (4D2) A/m E = Z0I L  / (8 2 D3) V/m 远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mD波阻抗的概念波阻抗的概念波阻抗377/ 2到观测点距离 rE/HZW = Z0（2D/）ZW = Z0 = 377 ZW = Z0（/2D)寄生天线寄生天线偶极天线：只要两个体之间存在电位差，就 构成了偶极天线。 环天线：只要存在电流环路，就形成了一个 环天线。常见等效偶极(单极)天线常见等效偶极(单极)天线机箱接地线PCBVG主板电缆子板笔记本PCB电缆没接地的散热片常见环天线常见环天线用天线的概念处理问题用天线的概念处理问题1 用天线的概念看待设备中的导体,发现隐蔽的天线 2 尽量消除这些具有天线性能的结构 3 不能消除时，控制天线的辐射 减小环天线的面积 减小两个导体之间的射频电压分贝(dB) 的概念分贝(dB) 的概念分贝的定义：分贝数 ＝ 10lgP2P1P1、P2 是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数 ＝ 20lgV2V1电流增益的分贝数 ＝ 20lgI2I1用分贝表示的物理量用分贝表示的物理量电压：用1V、1mV、1V 为参考（例如：1V = 0dBV） 则单位为：dBV、dBmV、dBV 等，电流：用1A、1mA、1A 为参考，则：dBA、dBmA、dBA场强：用1V/m、1V/m 为参考，则：dBV/m、dBV/m 等，功率：用1W、1mW 为参考，则：dBW、dBm等，“分贝”仅表示相对概念“分贝”仅表示相对概念9910.1SE = 20lg(100/1.1)  40dB 99110SE = ?如果把绿色辐射体去掉，屏蔽体的屏蔽效能是多少？频域分析频域分析处理电磁干扰的问题必须熟悉频域分析： 电磁兼容标准中大部分指标都是在频域中表示的 对电磁干扰的各种措施都与频率有关 通过频率特征容易查找干扰源频域中表示的辐射发射限值频域中表示的辐射发射限值时域 — 频域变换时域 — 频域变换时域周期信号离散的谱线时域非周期信号连续频谱tft付立叶级数付立叶变换脉冲信号的频谱脉冲信号的频谱tr、d 的单位s，f的单位MHz，A的单位V脉冲频谱的化简脉冲频谱的化简仅考虑最大值，sinX = 1 不考虑相位，仅考虑绝对值 当X趋于0时，sinX/X = 1V(f) = 2Adf很小f较小f较大脉冲频谱的包络线（对数坐标）脉冲频谱的包络线（对数坐标）20lg (2Ad)20lg(2A/) – 20lgf20lg(2A/2tr) – 40lgfdBV/MHzlg (f)1/d1/tr周期性脉冲信号的频谱周期性脉冲信号的频谱trTdA脉冲信号的频谱包络线脉冲信号的频谱包络线dBVlg (f)1/d1/tr上升沿越陡高频越丰富上升沿越陡高频越丰富扩谱时钟扩谱时钟扩频时钟的效果扩频时钟的效果频谱分析仪频谱分析仪幅度频率扫描速率（时间）分辨带宽频率范围第二章 地线干扰与接地技术第二章 地线干扰与接地技术为什么要地线 地环路问题与解决方法 公共阻抗耦合问题与解决方法 各种接地方法安全地安全地220V0V+++++信号地信号地电路工程师：地线是电位参考点 EMC工程师：地线是信号电流流回信号源的低阻抗路径地线引发干扰问题的原因地线引发干扰问题的原因V = I R地线电压地线是等电位的假设不成立电流走最小阻抗路径我们并不知道地电流的确切路径地电流失去控制地线电位示意图地线电位示意图 2mV200mV2mV ~ 10mV10mV ~ 20mV20mV ~ 100mV100mV ~ 200mV理解地线阻抗理解地线阻抗地 线 阻 抗导线阻抗回路阻抗决定了地线电位差决定了实际地线电流导线的阻抗导线的阻抗Z = RAC + jLL  1H/m  = 1 / ( f r r)1/2 RAC= 0.076r f1/2 RDCr电流深度0.37II趋肤效应导线的阻抗导线的阻抗高频时，导线的直径作用减小金属条与导线的阻抗比较金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10S / W金属条阻抗/导线阻抗电流回路的阻抗电流回路的阻抗~LRIZ = R + jL L =  / I   A~地线问题－地环路地线问题－地环路IGVGVN地环路I1I2隔离变压器隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL光隔离器光隔离器发送发送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp共模扼流圈的作用共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VN = R1 / LVN / VGRL/（RS + RL）Mf平衡电路对地环路干扰的抑制平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVL地线问题－公共阻抗耦合地线问题－公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V~~~改进1改进2接地方式种类接地方式种类 信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地 多点接地 单点接地单点接地单点接地123123串联单点接地 优点：简单 缺点：公共阻抗耦合并联单点接地 优点：无公共阻抗耦合 缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3串联单点、并联单点混合接地串联单点、并联单点混合接地模拟电路1模拟电路2模拟电路3数字逻辑控制电路数字信息处理电路继电器驱动电路马达驱动电路线路板上的地线线路板上的地线噪声模拟数字长地线的阻抗长地线的阻抗设备Z0 = (L/C)1/2RRLLCCFP1 = 1/2(LC)1/2ZP = (L)2/RRAC RDC 串联谐振并联谐振多点接地多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3地线阻抗一定保持很小， 避免公共阻抗耦合镀银（减小表面电阻） 良好搭接（减小地线阻抗） 宽金属板（减小电感）混合接地混合接地~Vs地电流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地环路电流放大器屏蔽壳的接地放大器屏蔽壳的接地C1SC3SC2SC1SC3SC2S等效电路接地位置不当造成的干扰接地位置不当造成的干扰 稳压电源 稳压电源 火灾 报警器 火灾 报警器第三章 电磁屏蔽技术第三章 电磁屏蔽技术 屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计电磁屏蔽电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 实心材料屏蔽效能的计算实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B＝ R＋ A＋BB吸收损耗的计算吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1 = E0e-t/ A ＝ 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t /  ) dB0.37E0 A ＝ 8.69 ( t /  ) dBA = 3.34 t  f rr dB趋肤深度举例趋肤深度举例反射损耗反射损耗 R ＝ 20 lgZW4 Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。ZS = 3.68 10-7 f r/r远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变不同电磁波的反射损耗不同电磁波的反射损耗远场: R ＝ 20 lg3774 Zs4500Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m） f = 电磁波的频率（MHz）2 D fD f Zs Zs电场: R ＝ 20 lg磁场: R ＝ 20 lgdB影响反射损耗的因素影响反射损耗的因素150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)150250平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高频时 电磁波种类 的影响很小电场波 r = 0.5 m磁场波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）频率多次反射修正因子的计算多次反射修正因子的计算电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。 B = 20 lg ( 1 - e -2 t /  )说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略怎样屏蔽低频磁场？怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料高导磁率材料的磁旁路效果高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS低频磁场屏蔽产品低频磁场屏蔽产品磁屏蔽材料的频率特性磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 103磁导率随场强的变化磁导率随场强的变化磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率 = B / H强磁场的屏蔽强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料高导磁率材料加工的影响加工的影响2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后良好电磁屏蔽的关键因素良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体 导电连续没有穿过屏 蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体不要忘记： 选择适当的屏蔽材料你知道吗： 与屏蔽体接地与否无关实际屏蔽体的问题实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙远场区孔洞的屏蔽效能远场区孔洞的屏蔽效能LLSE = 100 – 20lgL – 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H)) = 0 dB 若 L   / 2H孔洞在近场区的屏蔽效能孔洞在近场区的屏蔽效能若ZC  （7.9/Df）：（说明是电场源） SE = 48 + 20lg ZC – 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) ) 若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源） SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）缝隙的泄漏缝隙的泄漏低频起主要作用高频起主要作用缝隙的处理缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙电磁密封衬垫的种类电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的) 导电橡胶(不同导电填充物的) 指形簧片(不同表面涂覆层的) 螺旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的) 导电布指形簧片指形簧片螺旋管电磁密封衬垫螺旋管电磁密封衬垫电磁密封衬垫的主要参数电磁密封衬垫的主要参数 屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能) 回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距） 最小密封压力（关系到最小压缩量） 最大形变量（关系到最大压缩量） 压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数） 电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）电磁密封衬垫的安装方法电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封不同金属之间发生腐蚀不同金属之间发生腐蚀腐蚀加重截止波导管截止波导管损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区截止波导管的屏效截止波导管的屏效截止波导管 屏蔽效能=反射损耗： 远场区计算公式 近场区计算公式+吸收损耗 圆形截止波导： 32 t / d 矩形截止波导： 27.2 t / l孔洞计算屏蔽效能公式截止波导管的损耗截止波导管的损耗截止波导管的设计步骤截止波导管的设计步骤孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 确定截止波导管的截面形状 确定要屏蔽的最高的频率 f 确定波导管的截止频率 fc 计算截止波导管的截面尺寸 由SE 确定截止波导管的长度 5f显示窗/器件的处理显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器操作器件的处理操作器件的处理屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽上截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出通风口的处理通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板贯通导体的处理贯通导体的处理屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法在内部可将电缆延伸表面做导电清洁处理，保持360度连接 注意防腐屏蔽互套屏蔽体边界屏蔽电缆与电缆套360度搭接搭接搭接 电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。例如： 电缆屏蔽层与机箱之间搭接 屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间的地线搭接搭接不良的滤波器搭接不良的滤波器滤波器接地阻抗预期干扰电流路径实际干扰电流路径搭接不良的机箱搭接不良的机箱VI航天飞行器上的搭接阻抗要小于2.5m!搭接阻抗的测量搭接阻抗的测量机柜~搭接阻抗频率寄生电容导线电感并联谐振点VIZ = V / I不同的搭接条不同的搭接条频率不同搭接方式不同频率不同搭接方式不同搭接面的腐蚀搭接面的腐蚀IIVIIIII搭接点的保护搭接点的保护第四章 干扰滤波技术第四章 干扰滤波技术 干扰滤波在EMC设计中作用 差模干扰和共模干扰 常用滤波电路 怎样制作有效的滤波器 正确使用滤波器滤波器的作用滤波器的作用信号滤波器电源滤波器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。满足电源线干扰发射和抗扰度要求满足电源线干扰发射和抗扰度要求满足抗扰度及设备辐射发射要求满足抗扰度及设备辐射发射要求信号线滤波器干扰源电缆是主要辐射源电缆是主要辐射源用滤波消除辐射用滤波消除辐射共模和差模电流共模和差模电流~~共模/差模干扰的产生共模/差模干扰的产生VVICMICMICMIDM滤波器的共模插损滤波器的共模插损~IL = U1 / U2滤波器的差模插损滤波器的差模插损~IL = U1 / U2干扰滤波器类型干扰滤波器类型CTL反滤波器的级数越多越好吗？滤波器的级数越多越好吗？增加级数降低截止频率原滤波器f1器件数与插入损耗的关系器件数与插入损耗的关系20406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5阶 4阶 3阶 2阶 1阶20N/十倍频程 6N/倍频程插入损耗dB确定滤波器阶数确定滤波器阶数50 100欲衰减20dB4  6=24  20 至少4阶滤波器10 1001  20 = 20 1阶滤波器就可以了 为了保险，可用2阶欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度根据阻抗选用滤波电路根据阻抗选用滤波电路 规律：电容对高阻，电感对低阻插入损耗的估算插入损耗的估算Fco = 1/(2 Rp C)ZL~Zs、ZL并联CIL = 20 lg(CRp)ILIL = 20 lg(L/Rs)Fco = Rs/(2 L）Zs、ZL串联~ZsLZsZL电路阻抗对滤波特性的影响电路阻抗对滤波特性的影响三端电容铁氧体器件参数的确定器件参数的确定LCRR L = R / 2FC C = 1 / 2RFC 对于T形（多级T）和  形（多级）电路，最外边的电感或电容取 L/2 和 C/2，中间的不变。一个干扰的例子一个干扰的例子RS105，脉冲电磁场试验消除干扰的措施与结果消除干扰的措施与结果共模滤波电容滤波的测试结果滤波的软件仿真结果实际电容器的特性实际电容器的特性ZC实际电容理想电容f1/2 LCCLR电感电阻表面贴装电容的阻抗特性表面贴装电容的阻抗特性温度对陶瓷电容容量的影响温度对陶瓷电容容量的影响0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C电压对陶瓷电容容量的影响电压对陶瓷电容容量的影响COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100 %额定电压（Vdc）%C实际电感器的特性实际电感器的特性ZL理想电感实际电感f1/2 LCLC电感寄生电容的来源电感寄生电容的来源每圈之间的电容 CTT 导线与磁芯之间的电容CTC磁芯为导体时，CTC为主要因素， 磁芯为非导体时，CTT为主要因素。克服电容非理想性的方法克服电容非理想性的方法衰减 电容并联 LC并联 电感并联小电容大电容并联电容频率大容量小容量三端电容器的原理三端电容器的原理引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波器 在引线上安装两个磁珠滤波效果更好地线电感起着不良作用三端电容与普通电容的比较三端电容与普通电容的比较三端电容的正确使用三端电容的正确使用接地点要求： 1 干净地 2 与机箱或其它较大 的金属件射频搭接贴片三端电容贴片三端电容三端电容器的不足三端电容器的不足寄生电容造成输入端、输出端耦合接地电感造成旁路效果下降穿心电容更胜一筹穿心电容更胜一筹金属板隔离输入输出端一周接地电感很小穿心电容的特性穿心电容的特性穿心电容、馈通滤波器穿心电容、馈通滤波器以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波馈通滤波器使用注意事项馈通滤波器使用注意事项 必须安装在金属板上，并在一周接地 最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片 焊接时间不能过长 上紧螺纹时扭矩不能过大线路板上使用馈通滤波器线路板上使用馈通滤波器线路板地线面上面底面磁芯对电感寄生电容的影响磁芯对电感寄生电容的影响铁粉芯 C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 铁氧体（锰锌） C = 51pf C = 49pf 4%减小电感寄生电容的方法减小电感寄生电容的方法然后： 起始端与终止端远离（夹角大于40度） 尽量单层绕制，并增加匝间距离 多层绕制时， 采用“渐进”方式绕，不要来回绕 分组绕制 （要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）如果磁芯是导体，首先： 用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离共模扼流圈防止饱和共模扼流圈防止饱和共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。有意增加漏磁， 利用差模电感共模扼流圈的优点共模扼流圈的优点差模电感导致信号失真共模电感不影响信号电感磁芯的选用电感磁芯的选用铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用锰锌：r = 500 ~ 10000，R = 0.1~100m镍锌：r = 10 ~ 100，R = 1k ~ 1Mm超微晶：r > 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心各种铁氧体磁芯各种铁氧体磁芯电感量与饱和电流的计算电感量与饱和电流的计算SD1D2饱和电流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L电感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2)电感量厂家手册给出 厂家经常给出每匝的电感量“AL”，则 L （nH）= AL  N2 干扰抑制用铁氧体干扰抑制用铁氧体铁氧体电感高频时成为电阻铁氧体电感高频时成为电阻铁氧体电感（高损耗）空心电感（高Q）不同材质的铁氧体有不同的频率特性不同材质的铁氧体有不同的频率特性偏置电流对阻抗的影响偏置电流对阻抗的影响铁氧体次环作共模扼流圈使用铁氧体次环作共模扼流圈使用贴片电感的阻抗贴片电感的阻抗贴片电感的滤波效果贴片电感的滤波效果贴片电感的滤波效果贴片电感的滤波效果注意频率特性注意频率特性低通滤波器对脉冲信号的影响低通滤波器对脉冲信号的影响信号滤波器的安装位置信号滤波器的安装位置板上滤波器无屏蔽的场合滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上板上滤波器的注意事项板上滤波器的注意事项滤波器要并排安装线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接为滤波设置干净地在接口处设置档板滤波器靠近接口面板上滤波的简易（临时）方法面板上滤波的简易（临时）方法容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短电缆滤波的方法电缆滤波的方法屏蔽盒馈通滤波器连接器滤波连接器 虽然是最佳 选择，但是 当空间允许 时，也可以 这样：平板滤波阵列平板滤波阵列用于制造滤波连接器面板安装滤波器注意事项面板安装滤波器注意事项滤波器与面板之间必须使用电磁密封衬垫！使用形滤波器的注意事项使用形滤波器的注意事项滤波器接地阻抗预期干扰电流路径实际干扰电流路径对接地没有把握时，避免使用形滤波器！电源线滤波器的基本电路电源线滤波器的基本电路共模扼流圈差模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制注意滤波器的高频特性注意滤波器的高频特性高频滤波性能的重要性高频滤波性能的重要性滤波器高频性能差滤波器高频性能好无滤波改善滤波器高频特性的方法改善滤波器高频特性的方法或精心绕制或多个电感串联注意插入增益问题注意插入增益问题0-1050 / 50100 / 0.1 或 0.1 / 100频率插入损耗解决办法：差模电感上并联电阻（50 ~ 1k)，差模电容上串联电阻（0.5 ~ 10）插入增益现象插入增益现象串联谐振导致插入增益串联谐振导致插入增益VQVQV~插入增益的对策插入增益的对策V~选择滤波器的保险方法选择滤波器的保险方法滤波器~0.1100滤波器~0.11000衰减50条件下的插入损耗0.1/100条件下的插入损耗插入损耗增益会暴露出来器件距离对高频性能的影响器件距离对高频性能的影响滤波器安装在线路板的问题滤波器安装在线路板的问题机箱内干扰电源线泄漏严重线路板上滤波的改进方法线路板上滤波的改进方法机箱内干扰被滤波器挡住被滤波器旁路掉面板滤波器电源线无泄漏电源线滤波器的错误安装电源线滤波器的错误安装PCB滤波器滤波器输入线过长输入、输出耦合PCB电源线滤波器的错误安装电源线滤波器的错误安装滤波器绝缘漆PCB滤波器通过细线接地，高频效果很差！接地线滤波器的正确安装滤波器的正确安装滤 波 器PCB 滤波器直接接地尽量短 输入、输出线隔离滤波器安装在线路板上时，在电源线入口处增加一只高频共模滤波器电源PCB滤波电路使用交流滤波器的问题使用交流滤波器的问题110VAC为什么信号滤波器容易损坏为什么信号滤波器容易损坏220VAC110VAC机箱浮地 – 没问题机箱浮地 – 没问题220VAC全部浮地 – 没问题全部浮地 – 没问题220VAC全部接地 – 没问题全部接地 – 没问题220VAC第五章 电缆的EMC设计第五章 电缆的EMC设计 电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰 第六部分 电缆的EMC设计第六部分 电缆的EMC设计 电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰 外拖电缆的共模辐射外拖电缆的共模辐射I2CPI3I1CP尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大， 仍然是主要的辐射因素“无关”的电缆也辐射“无关”的电缆也辐射地线也辐射地线也辐射不接地线接上地线你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ?无关电缆辐射机理无关电缆辐射机理VCM机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！电缆辐射机理的总结电缆辐射机理的总结电 缆 辐 射差模辐射共模辐射差模电流转变为共模电流信号地上共模电压导致共模电流临近电路的耦合产生共模电压，进而导致共模电流工作电流回路形成的环路天线电缆差模辐射的对策电缆差模辐射的对策同轴电缆扁平电缆双绞线电缆共模辐射的对策电缆共模辐射的对策减小共模电流 回路面积减小 共模电流增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波减小共模电压屏蔽电缆电缆靠近地线面线路板屏蔽其它电缆共模辐射的对策电缆共模辐射的对策减小共模电流 回路面积减小 共模电流增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波减小共模电压屏蔽电缆电缆靠近地线面线路板屏蔽其它降低电缆辐射的方法降低电缆辐射的方法I2CPI3I1CP通过额外的地线板减小共模电流的回路面积屏蔽电缆抑制共模辐射的本质屏蔽电缆抑制共模辐射的本质CMCMDM思考题16：用屏蔽的方法减小信号电缆的辐射时，最关键的因素是什么？不完整的屏蔽电缆不完整的屏蔽电缆CMCMCMCMDM屏蔽电缆的评估屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路VIZT = V / I不同屏蔽层的传输阻抗不同屏蔽层的传输阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000传输阻抗（m /m）Hz铝箔单层编织最佳单层编织双层编织双层编织 + 一层金属双层编织 + 双层金属实心铜屏蔽层的错误接法屏蔽层的错误接法思考题17：什么情况下屏蔽电缆的辐射比非屏蔽电缆辐射更强，为什么？D型连接器的屏蔽层搭接D型连接器的屏蔽层搭接圆形连接器屏蔽层搭接圆形连接器屏蔽层搭接接线端子上的屏蔽电缆接线端子上的屏蔽电缆尽量减小小辨接法的危害尽量减小小辨接法的危害电缆共模辐射的对策电缆共模辐射的对策减小共模电流 回路面积减小 共模电流增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波减小共模电压屏蔽电缆电缆靠近地线面线路板屏蔽其它共模电流主要由寄生电容产生共模电流主要由寄生电容产生线路板接地线路板不接地CP较大CP较小频率MHz共模 电流增加共模回路的阻抗增加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路思考题18：共模扼流圈的效果与什么因素有关？铁氧体效果的估算铁氧体效果的估算设原来电缆形成的共模回路阻抗为ZCM1，铁氧体的阻抗为ZL 改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg[(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2)] =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB铁氧体磁环铁氧体磁环干扰抑制用铁氧体干扰抑制用铁氧体不同磁导率的铁氧体阻抗特性不同磁导率的铁氧体阻抗特性i = 700i = 4000铁氧体的安装方法铁氧体的安装方法尽量靠近电缆端头匝数多匝数少频率衰减整根电缆穿过内径尽量小 长度尽量大 壁厚尽量大电缆共模辐射的对策电缆共模辐射的对策减小共模电流 回路面积减小 共模电流增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波减小共模电压屏蔽电缆电缆靠近地线面线路板屏蔽其它用滤波消除辐射用滤波消除辐射第六部分 电缆的EMC设计第六部分 电缆的EMC设计 电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰 处于电磁场中的电缆处于电磁场中的电缆信号线和回流线在一根电缆中用地线面作回流线共模电流差模电压不平衡直接产生差模电压Sh 电磁场在电缆上的感应电压 电磁场在电缆上的感应电压10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz 0-10-20-30-40-50123ABCDEh = 0.5m S: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m与 S、h 无关dBV1V/m场强产生的电压平衡电路的抗干扰特性平衡电路的抗干扰特性电磁场V1V2I1I2VD平衡性好坏用共模抑制比表示： CMRR = 20lg ( VC / VD )VC 高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低提高共模干扰抑制的方法提高共模干扰抑制的方法平衡电路屏蔽电缆共模扼流圈平衡电路CMRRCMRRff非平衡转换为平衡非平衡转换为平衡~ 屏蔽电场 屏蔽电场0V电缆长度 < /20，单点接地电缆长度 > /20，多点接地磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰VNVN ＝ ( d  / dt ) = A ( dB / dt )磁通回路面积A感应电压当面积一定时减小感应回路的面积减小感应回路的面积～理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因 此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分～屏蔽电缆减小磁场影响屏蔽电缆减小磁场影响VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场抑制磁场干扰的试验数据抑制磁场干扰的试验数据1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M100100抑制磁场干扰的实验数据 抑制磁场干扰的实验数据 1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M100100C与D的实验数据说明C与D的实验数据说明设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/230) 13 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20lg(230/229) 0 dB双绞线单端接地屏蔽层G与H的实验数据说明G与H的实验数据说明设：总电磁场为1000，其中磁场为999，电场为1， 双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/1.3) 58 dB 单端接地的屏蔽层的效果：20lg(1.3/0.3) 13 dB双绞线单端接地屏蔽层第六部分 电缆的EMC设计第六部分 电缆的EMC设计 电缆辐射 场在导线中感应的噪声 电缆之间的串扰导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理MCICICILILR0RLR2GR2L耦合方式的粗略判断耦合方式的粗略判断ZSZL < 3002： 磁场耦合为主 ZSZL > 10002： 电场耦合为主 3002 < ZSZL < 10002：取决于几何结构和频率 电容耦合模型电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN ＝ V1V1j  [ C12 / ( C12 + C2G)]j  + 1 / R ( C12 + C2G)]V1VN耦合公式化简耦合公式化简 R << 1 / [ j  ( C12 + C2G )] j  [ C12 / ( C12 + C2G)]j  + 1 / R ( C12 + C2G)]V1VN ＝ VN = j R C12 V1 R >> 1 / [ j  ( C12 + C2G )] VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G ) ]电容耦合与频率的关系电容耦合与频率的关系耦合电压VN = j RC12V1C12V1 (C12 + C2G)VN =1 / R (C12 + C2G)频率  屏蔽对电容耦合的影响－全屏蔽屏蔽对电容耦合的影响－全屏蔽屏蔽层不接地：VN = VS =V1 [ C1S / ( C1S + CSG ) ]，与无屏蔽相同 屏蔽层接地时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果C1sC1GCsGC1GCSGC1sVsV1V1VsC2S部分屏蔽对电容耦合的效果部分屏蔽对电容耦合的效果R 很大时：VN = V1 [ C12 / ( C12 + C2G + C2S ) ]C1sC1GCsGCSGC1sVNV1V1VNC2SC12C12C2GR 很小时：VN = jRC12 互电感定义与计算互电感定义与计算定义： 自感L ＝  1 / I1 ， 互感 M ＝  12 / I1  1 是电流I1在回路1中产生的磁通，  12 是电流I1在回路2中产生的磁通回路1回路2aba M = （  / 2  ）ln[b2/（b2- a2）] 减小M的方法：回路1用双绞线或同轴线，减小回路2的面积，增加两 个回路的距离电感耦合电感耦合MR2RR1RR2VN ＝ d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dtR1I1VNI1VNV1V1电感耦合与电容耦合的判别电感耦合与电容耦合的判别IN = j  C12V1R2R1VVVN = j  M12 I1R2R1～电容耦合电感耦合非磁性屏蔽对电感耦合的影响非磁性屏蔽对电感耦合的影响I1M1SM12关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变双端接地屏蔽层的分析双端接地屏蔽层的分析M1SM12MS2+ - - +~V12VS2导体1导体2屏蔽体V12 = j  M12 I1 VS2 = j  MS2 IS VN = V12 + VS2 I1IS求解这项VS2项求解VS2项求解+++++++++ LS = / IS MS2 = / IS 因此：LS = MS2 导体2屏蔽层VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS [ V S / ( jLS+RS )] = VS [ j / ( j+RS/LS)] 屏蔽后的耦合电压屏蔽后的耦合电压VN = V12 + VS2 V12 = j M12I1 VS = j M1SI1 因为：M12 = M1S 所以：VS = j M12I1 所以：VS2 = j M12I1 [ j / ( j+RS / LS)]VN = V12 - V12[ j / ( j+RS / LS)] = V12 [ (RS / LS) / ( j+RS / LS)] V12 屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN ＝ M12 I1（Rs / Ls )VN ＝ j M12 I1VNRs / Ls 无屏蔽电缆屏蔽效能屏蔽电缆 lg第七章 PCB的电磁兼容设计第七章 PCB的电磁兼容设计 线路板上的电磁兼容问题线路板上的电磁兼容问题线路板的辐射 外界电磁场对线路板的干扰 地线和电源线噪声 地线引起的公共阻抗耦合 走线之间的串扰 信号的反射（传输线效应）走线是主要辐射源走线是主要辐射源地线和电源线上的噪声地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驱动电路ICCI驱动I充电I放电IgVg电源线、地线噪声电压波形电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg地线干扰对电路的影响地线干扰对电路的影响1324寄生电容线路板走线的电感 线路板走线的电感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2MII地线网格地线网格电源线噪声的消除电源线噪声的消除电源线电感L, V =L(di/dt)储能电容这个环路尽量小电源解耦电容的正确布置电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近 解耦电容的选择 解耦电容的选择C = dI dt dVZf1/2 LC各参数含义： 在时间dt内，电源线上出现了瞬间电流dI，dI导致了电源线上出现电压跌落dV。 增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法电源地铁氧体注意铁氧体安装的位置接地线面细线粗线用铁氧体增加电源端阻抗用细线增加电源端阻抗有效滤波的例子有效滤波的例子普通电容（1）三端电容（0.1）三端电容 + 铁氧体注意位置！多个电容改善解耦效果多个电容改善解耦效果电源面与地线面之间也有电容电源面与地线面之间也有电容选择合适的电容种类选择合适的电容种类 插线电容 表贴电容线路板的两种辐射机理线路板的两种辐射机理差模辐射共模辐射电流环杆天线实际电路的辐射实际电路的辐射ZGZLVZC = ZG + ZL近场：ZC  7.9 D f E = 7.96VA / D3 （V/m） ZC  7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 （  V/m） H = 7.96IA / D3 （  A/m） 远场： E = 1.3 I A f 2 /D （  V/m）环路面积 = A~I常用的差模辐射预测公式常用的差模辐射预测公式考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D （  V/m）脉冲信号差模辐射的频谱脉冲信号差模辐射的频谱频谱包络线差模辐射频率特性线脉冲的差模辐射包络线 1/d 1/tr40dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射，乘以  N 。因此，可能时，分散时钟频率。如何减小差模辐射？如何减小差模辐射？E = 2.6 I A f 2 / D低通滤波器布线控制高频信号的回路控制高频信号的回路电路中的强辐射信号电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dBV/mdBV/m所有电路加电工作只有时钟电路加电工作控制回路面积是布线的主要目的控制回路面积是布线的主要目的L=20cm减小面积降低辐射减小面积降低辐射L=10cmL=5cm单层或双层板如何减小环路的面积单层或双层板如何减小环路的面积不良布线举例不良布线举例68HC1174HC00AB连接A、BE时钟nullnullnull随便设置的地线没有用随便设置的地线没有用在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？开关电源干扰发射的原因开关电源干扰发射的原因220VAC共模干扰耦合路径地线对辐射的影响地线对辐射的影响地线对辐射的影响地线对辐射的影响多层板能减小辐射多层板能减小辐射信号1电源层地线层信号2低频高频DC~0.5 1 10 100 1G110地线面的阻抗，m/ 平方地线面具有很小的地线阻抗地线面上的缝隙的影响地线面上的缝隙的影响模拟地数字地A/D变换器L75mm25mmL : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mVAB过孔的阻抗过孔的阻抗1.5mm PGA 128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100与过孔之间的距离 mm六层板的设计六层板的设计好不好好不好这种非典型布线具有最好的电磁兼容特性注意方向八层板的设计八层板的设计较好最好差很好很好电源很好注意方向十层板的设计十层板的设计很好很好较好注意方向线路板边缘的一些问题线路板边缘的一些问题关键线（时钟、射频等）产生较强辐射无地线电源层地线层20H扁平电缆的使用扁平电缆的使用地线一部分信号回流经过ABCDABCD最好较好差较好，但端接困难扁平电缆这两处都有地线注意隐蔽的辐射环路注意隐蔽的辐射环路电源/地线信号线电源/地线信号线电源信号线+电源+地线电源/地线电源直流线的辐射直流线的辐射线 路 板 1线 路 板 2线 路 板 3直流线也会产生射频辐射地线也辐射地线也辐射不接地线接上地线你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ?地线辐射产生的原因地线辐射产生的原因地线噪声电源线电感信号回路电源回路减小共模电压减小共模电压改善地线减小共模电压改善地线减小共模电压减小空间感应的共模电压减小空间感应的共模电压两个措施同时采取两个措施同时采取滤波器滤除高频成份滤波器滤除高频成份滤波器电容量的选择滤波器电容量的选择R负载R源电容合适电容过大平衡接口电路平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2I/O接口布线的一些要点I/O接口布线的一些要点干净区域滤波电容电源线连接地线连接信号滤波器隔离变压器/光耦隔离器桥壕沟时钟电路、高速电路