【導(dǎo)讀】以下文章詳細(xì)介紹了EMC標(biāo)準(zhǔn)及測試、EMC理論、傳導(dǎo)干擾耦合形式、EMC設(shè)計、EMC接地設(shè)計、EMC接地設(shè)計、EMC PCB 設(shè)計、EMC工程師八個技能。
電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾;
輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。
電磁兼容性EMC 標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟組織，保護自己利益經(jīng)常采取的手段。
EMC標(biāo)準(zhǔn)及測試
國際標(biāo)準(zhǔn)
1、國際電工委員為IEC
2、國際標(biāo)準(zhǔn)華組織ISO
3、電氣電子工程師學(xué)會IEEE
4、歐盟電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI
5、國際無線電通信咨詢委員CCIR
6、國際通訊聯(lián)盟ITU
6、國際電工委員會IEC有以下分會進行EMC標(biāo)準(zhǔn)研究
-CISPR：國際無線電干擾特別委員會
-TC77：電氣設(shè)備(包括電網(wǎng))內(nèi)電磁兼容技術(shù)委員會
-TC65：工業(yè)過程測量和控制
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織
1、FCC聯(lián)邦通
2、VDE德國電氣工程師協(xié)會
3、VCCI日本民間干擾
4、BS英國標(biāo)準(zhǔn)
5、ABSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)
6、GOSTR俄羅斯政府標(biāo)準(zhǔn)
7、GB、GB/T中國國家標(biāo)準(zhǔn)
EMI測試
1、輻射騷擾電磁場(RE)
2、騷擾功率(DP)
3、傳導(dǎo)騷擾(CE)
4、諧波電路(Harmonic)
5、電壓波動及閃爍(Flicker)
6、瞬態(tài)騷擾電源(TDV)
EMS測試
1、輻射敏感度試驗(RS)
2、工頻次次輻射敏感度試驗(PMS)
3、靜電放電抗擾度(ESD)
4、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試(CS)
5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)
6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)
7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)
8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)
EMC測試結(jié)果的評價
A級：實驗中技術(shù)性能指標(biāo)正常
B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，實驗后能自行恢復(fù)
C級：功能允許喪失，但能自恢復(fù)，或操作者干預(yù)后能恢復(fù)
R級：除保護元件外，不允許出現(xiàn)因設(shè)備(元件)或軟件損壞數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。
5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)
6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)
7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)
8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)
EMC理論
EMC理論
-電磁干擾的時域與頻域描述 :時域特性
-電磁干擾的時域與頻域描述 :頻域特性
3
-電磁干擾的時域與頻域描述 :周期梯形波的
-電磁干擾的時域與頻域描述:寬帶噪聲
-電磁干擾的時域與頻域描述:時鐘與數(shù)據(jù)噪聲
-分貝(dB)的概念
分貝是電磁兼容中常用的基本單位。
定義為兩個功率的比：
傳導(dǎo)干擾耦合形式
1、共阻抗耦合
-由兩個回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流i，或變化的電流di/dt。
2、容性耦合
-在干擾源與干擾對稱之間存在著耦合的分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。
3、感性耦合
-在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。
-電場與磁場
電場：導(dǎo)體之間的電壓產(chǎn)生電場
-電場強度單位：V/m
磁場：導(dǎo)體上的電流產(chǎn)生磁場
-磁場強度單位：A/m
波阻抗：Zo=E/H
差模輻射與共模輻射
1、差模輻射：電流在信號環(huán)路中流動產(chǎn)生
2、共模輻射：由于導(dǎo)體的電位高于參考電位產(chǎn)生
3、PCB主要產(chǎn)生差模輻射
4、線纜主要產(chǎn)生共模輻射
5、差模輻射電場的計算
其中 ：
E:電場強度(V/m)
f :電流的頻率(MHz)
A:電流的環(huán)路面積(cm2)
I :電流的強度(mA)
r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)
6、共模輻射電場的計算
其中 ：
E:電場強度(V/m)
f :電流的頻率(MHz)
L:電纜的長度(m)
I :電流的強度(mA)
r :測試點到電流環(huán)路的距離(m)
7、屏蔽的基本理論和設(shè)計要點
7.1屏蔽效能計算公式：
SE(dB)= R(dB)+A(dB)+B(dB)
R(dB)-reflection loss
A(dB)-absorption
B(dB)-re-reflection loss
7.2屏蔽設(shè)計的基本原則：
a、屏蔽體結(jié)構(gòu)簡潔，盡可能減少不必要的孔洞，盡可能不要增加額外的縫隙;
b、避免開細(xì)長孔，通風(fēng)孔盡量采用圓孔并陣列排放。屏蔽和散熱有矛盾時盡可能開小孔，多開孔，避免開大孔;
c、足夠重視電纜的處理措施，電纜的處理往往比屏蔽本身還重要;
d、屏蔽體的電連續(xù)性是影響結(jié)構(gòu)件屏蔽效能最主要的因素，相對而言，一般材料本身屏蔽性能以及材料厚度的影響是微不足道的(低頻磁場例外);
e、注意控制成本;
EMC設(shè)計
EMC屏蔽設(shè)計
1、通風(fēng)孔及開口設(shè)計
2、結(jié)構(gòu)搭接縫屏蔽設(shè)計
3、電纜從屏蔽體內(nèi)穿出
如果導(dǎo)體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。
4、穿出屏蔽體電纜的設(shè)計原則：
a、采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結(jié)構(gòu)，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。
b、采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。
c、采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉(zhuǎn)接，由于濾波器通高頻的特性，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。
d、采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內(nèi)側(cè)(或者外側(cè))要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。
e、電源線通過電源濾波器出屏蔽體，由于濾波器通高頻的特性，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。
f、采用光纖出線。由于光纖本身沒有金屬體，也就不存在電纜穿透的問題。
5、不良接地
6、屏蔽材料及應(yīng)用(導(dǎo)電布、簧片、導(dǎo)電橡膠)
7、截止波導(dǎo)通風(fēng)板
EMC接地設(shè)計
1、接地的概念及目的
a、一是為了安全，稱為保護接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導(dǎo)致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設(shè)備的安全。
b、二是為電流返回其源提供低阻抗通道，即工作接地。
c、防雷接地，為雷擊提供電流泄放。
2、接地提供信號回流
3、單點接地
適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)
4、多點接地及混合接地
EMC濾波設(shè)計
1、濾波
a、濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，阻止某段頻率范圍內(nèi)的信號沿線傳遞。
b、 濾波電路種類：反射、吸收。
2、濾波器件
a、電容(通用電容、三端電容)
b、電感(通用電感、共模電感、磁珠)
c、電阻
3、基本的濾波形式
4、差模濾波與共模濾波設(shè)計：
5、電容和三端電容特性
6、共模扼流圈
7、鐵氧體磁珠
EMC PCB 設(shè)計
1、PCB設(shè)計
a、布局：同類電路布在一塊、控制最小路徑原則、高速電路間不要靠近小面板、電源模塊靠近進單盤的位置
b、分層：高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件面下布一層地、近可能將兩個表層布地層、內(nèi)層比表層縮進20H
c、布線：3W原則、差分對線等長，靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區(qū)
d、接地：同類電路單獨分布地，在單板上單點相連
e、濾波：電源模塊、功能電路設(shè)計板級慮波電路
f、接口電路設(shè)計：接口電路設(shè)計濾波電路、實現(xiàn)內(nèi)外有效隔離
2、布局的基本原則：
a、參照原理功能框圖，基于信號流向，按照功能模塊劃分
b、數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局
c、單板焊接面避免放置敏感器件或強輻射器件
d、敏感信號、強輻射信號回路面積最小
e、晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件或敏感器件遠(yuǎn)離單板拉手條、對外接口連接器、敏感器件放置，推薦距離≥1000mil
f、敏感器件：遠(yuǎn)離強輻射器件，推薦距離≥1000mil
g、隔離器件、A/D器件：輸入、輸出互相分開，無耦合通路(如相鄰的參考平面)，最好跨接于對應(yīng)的分割區(qū)
3、特殊器件布局
a、電源部分(置于電源入口處)
b、時鐘部分(遠(yuǎn)離開口，靠近負(fù)載，布線內(nèi)層)
c、電感線圈(遠(yuǎn)離EMI源)
d、總線驅(qū)動部分(布線內(nèi)層，遠(yuǎn)離開口，靠近宿)
e、濾波器件(輸入、輸出分開，靠近源，引線短)
4、濾波電容的布局：BULK電容：
a、所有分支電源接口電路
b、功耗大的元器件附近
c、存在較大電流變化的區(qū)域，如電源模塊的輸入和輸出端、風(fēng) 扇、繼電器等
d、PCB電源接口電路
5、去藕電容的布局：
a、靠近電源管腳
b、位置、數(shù)量適當(dāng)
6、接口電路的布局的基本原則：
接口信號的濾波、防護和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護，后濾波
接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離
變壓器對應(yīng)的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置
接口芯片(網(wǎng)口、E1/T1口、串口等)盡量靠近變壓器或連接器放置
7、布線
走線短，不同類走線間距寬(信號及其回流線、差分線、屏蔽地線除外)，過孔少，無環(huán)路，回路面積小，無線頭
有延時要求的走線，其長度符合要求
無直角，對關(guān)鍵信號線優(yōu)先采用圓弧倒角
相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關(guān)鍵信號平行布線≤1000MIL
各國產(chǎn)品安全和EMC認(rèn)證組織
-歐美：CE
-美國：FCC&UL，NEBS
-日本：VCCI
-澳大利亞：CE
-中國：CCC
-臺灣：CE
-認(rèn)證申請
-提交認(rèn)證材料(認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品使用手冊等)
-產(chǎn)品測試
-完成測試報告
-頒發(fā)認(rèn)證證書
-產(chǎn)品發(fā)布
EMC工程師八個技能
1、EMC的基本測試項目以及測試過程掌握;
2、產(chǎn)品對應(yīng)EMC的標(biāo)準(zhǔn)掌握;
3、產(chǎn)品的EMC整改定位思路掌握;
4、產(chǎn)品的各種認(rèn)證流程掌握;
5、產(chǎn)品的硬件硬件知識，對電路(主控、接口)了解;
6、EMC設(shè)計整改元器件(電容、磁珠、濾波器、電感、瞬態(tài)抑制器件等)使用掌握;
7、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計技能掌握;
8、對EMC設(shè)計如何介入產(chǎn)品各個研發(fā)階段流程掌握。
