电磁兼容要

此外,还要满足特定用户应用环境下的要求
常见的电磁干扰源及特性 · 自然界的电磁干扰源：雷电放电、太阳黑子爆发、日 辉和地球磁暴等 · 人为的电磁干扰源： 连续干扰源— 设备有很宽的频谱,向空间辐射 间接干扰源— 与机械运动工作时产生的，辐射或传导干扰 脉冲干扰源— 电磁瞬态过程,有关，如车，船和飞机的壳体 与空气中的尘粒、烟尘、雪片等摩擦起电。 接触干扰源— 金属的接触面具有复阻抗特性，振动、颠 簸、撞击时，接触阻抗是可变的。外界强辐射场产生 感应电流，由于接触阻抗的作用会产二次辐射。辐射 频谱为原辐射频谱加接触阻抗变化的调制,产生附加频 率分量。停止运动时这种干扰便消逝。
V I Z L , Z L j L
• 分布参数是固有的特性参数，只与二金属的物理尺 寸、相对位置有关； • 分布参数是造成EMC问题的主要原因； • 实际设备中，各种元器件、传输线、机箱间的分布 参数很难计算和测量，因此EMC分析有一定难度。
LC 常数,
特性阻抗Z0＝ L
C
差模方式 差模方式 共模方式 共模方式
共模和差模
• 差模电流：线-线电流：大小相等方向相反 差模电压：线-线间电压 • 共模电流：二线间方向相同 共模电压：线-地间电压 • 有用信号都是差模的，骚扰可能是差模的， 也可能是共模的。
1、分别接地产生共模干扰 2、附近的强电磁环境产生共模干扰 P、Q两点存在电位差（UCM），产生共模电流Icm1,Icm2， Icm1，Icm2方向相同，大小不一，在Z1上产生了差模信号。
近场电磁耦合的抑制方法
• 减小环路面积，避免环套环。
•不相容的电路 应远离。不相容 的信号线不要平 行走线。更不能 绑扎在一起。分 布在不同层上的 信号线走向应相 互垂直。
•采用屏蔽的方法
屏蔽电缆：单端接地-电场屏蔽 双端接地-磁场屏蔽 双绞线： 磁场屏蔽
导线的共阻抗耦合
• 共电源阻抗耦合 • 解决办法：
典型的人为干扰源及特性
点火系统：脉宽1毫微秒到数百毫微秒，30~300 兆赫间的频带内最强，电性干扰可达500微伏/ 米，60~80米 输电线系统：0.1到150KHz的范围，辐射干扰的 脉冲宽度较大为14KHZ到1GHZ重复频率较 低。电晕放电产生高频振荡，正半周的电晕有 较强的放电并伴随着发光。 电感性设备：电动机、电弧焊设备和变压器等设 备，不规则的脉冲流，频谱约为10K到1G。 开关器件和继电器：伴随着触点开合着有气体放 电和电弧放电。电弧放电是触点的金属高温汽 化形成电流通路，没有气体也产生电弧放电。
电子设备内部的干扰源
TTL的开关噪声：开关电流，几十到几吉赫的高频， 产生的须状噪声约0.5~1.5伏，宽5-10纳秒。TTL逻 辑元件也极易受影响，2伏20纳秒的噪声就使TTL逻 辑器件发生误动作。 动态RAM：DRAM利用电荷存储数位信息，充放电电 流的峰值为100MA，频率可达，100MHz，电源线和 接地线产生串扰和公共阻抗噪声。 电源和接地：电源投入的过渡过程，负载变化产生快 速脉冲电流，经电源和接地通路产生干扰。
差模电流辐射和共模电流辐射 的比较示例
• 扁平馈线中抽取相邻的两根导线，线长1米， 导线对上分别加以共模和差模电流，在离 导线对3米处按GB 9254规定测量骚扰场强。 • 实验表明如果该处场强要达到B类设备的限 值（30～230 MHz时为40 dBμV/m）,则差 模电流要求为20 mA，而共模电流只要8μA， 两者相差2500倍。
减小差模电流辐射的措施
• 尽量 减小 环路 面积
#镜像层优先选用地层，而不是电源层. #适当选择布线层进行时钟布线
1——————— 布线层（好） 2——————— 地层 3——————— 布线层（最好） 4——————— 电源层 5————-——— 地层 6——————— 布线层（好） (a)某六层板的分层 1———————— 布线层（好） 2———————— 地层 3———————— 电源层 4———————— 布线层（一般）
信息技术设备的工作信号是数字 脉冲信号，具有很宽的频带，从电 磁兼容角度应该考虑的最高频率为 时钟频率的10倍或者为1/πtr, tr为脉 冲的上升沿时间，即脉冲的前沿越 陡峭或脉冲的重复频率越高，则脉 冲包含的高频能量越大。
PCB设计
分布电容和分布电感
• 任何二金属间都存在分布电容和电感：
+Q
V
E
-Q
Q 直流：C V dQ dt i 交流：C dv dt dv dt ic dv dt
. .
L

I d dt e L di dt di dt e L
. .
di dt
V 1 正弦： , Z c I Zc jc
(b)四层板的分层
图4 多层印制板的分层
#布线注意：时钟线跨层时，必须加接地通孔
1 2 3 4
IC
IC
上布线层 地层 电源层 下布线层
A
B
图5四层板的时钟线跨层布置
A、B两点打Via，A、B间在下布线层联系，根据高频信号的特性，可得到最小的 环路的面积。
电场天线在实际电路中的
存在形式及减少其影响的处理方法
振荡器体及变压器：工作时会在周围辐射高频电磁 波。
静电放电和I/O端的干扰：经过信号线和连接器，外界 的电磁干扰进入电子设备，内部干扰源向外辐射。
传输途径
• 一. 空间辐射 差模电流辐射和共模电流辐
2
电磁耦合
• 二. 导线传导 共阻抗耦合 共电源线 共地线 地环路干扰 地电位差 周围强场
电场天线的共模电流辐射
• 任何二点间有电位差就是共模源，如果二点有引 线出去就是共模天线。 • 当频率达到MHz级时nH的分布电感和pF级的分布 电容都将对共模辐射产生重要影响 。 • 设备的共模天线的一极往往是印刷板的地和机箱， 另一极是连接电缆中的地线；由于线间电容之间 的耦合，整条电缆上都污染上了共模电流。 • 连接电缆上的共模电流辐射往往是造成设备辐射 超标的主要原因，机箱无法屏蔽。
磁场天线在实际电路中 的存在形式及减少其影响的处理方法
磁场天线的差模电流辐射
• 平行双线环路在远场时的电场强度 120 2 IA E V / m , E A, f 2 , r 2
例：A 1cm2 , I 100mA, f 50MHz，测量距离r 3m E 40.8dB V / m 40dB V / m 超过GB9254规定的B级产品辐射限值。
空间辐射电磁波
• 电场天线 高电压小电流
• 磁场天线
低电压大电流
• 根据麦克斯韦方程，变化电场产生变化磁场，变化磁场产 生变化电场。 • 设备内每个电路都可能是天线，机壳和电缆都可能是天线 的一部分。
设备内天线示意图
磁场天线 电场天线
• 信号源－传输线－负载组成电流环路，包括信号环路、电源供电环路、 输入和输出环路； • 当负载阻抗小、环路电流大、电压低时相当于磁场天线； • 当负载阻抗大、环路电流小、电压高时相当于电场天线。
• 一般地说，在设计印制电路板时，消除主要的射频干 扰源是最廉价有效的方法（称为电磁抑制）。干扰源 是产生初始波形的主动因素。印制电路板必须设计成 使产生的电磁能量只限于需要的装配部件处。
电子设备的电磁兼容水平
1 电磁发射（EMI）：设备传播的电磁干扰 有辐射干扰和传导干扰。 2 电磁敏感度或抗扰度（EMS） ：受影响设 备或敏感设备所遭受的伤害效应，包括电 磁干扰EMI、静电放电（ESD）和电力过 电压（EOS）等形式的伤害。
产生共模电流辐射的条件
• 共模源--由差模源（有用信号源）驱动产生 基本驱动模式： *电流驱动模式 *电压驱动模式 • 共模天线--不对称振子 天线 *设备的外部连接线 *设备内部印刷板的地线、电源面、机 壳、散热片、金属支撑架等等
共模电流辐射的基本模式 --电流驱动和电压驱动
1、电流驱动模式： 信号电流 >环路电感 >共模源 >不对称电场天线。
基本概念
EMC 要求
元器件
电路
设备
系统
都必须互不干扰，正常工作， 达到电磁兼容。
构成干扰三要素
骚扰源 传输途径 敏感设备
空间辐射的电磁波
EUT
导线传导的电压电流
EUT
• 必须同时具备三个基本要素才会发生电磁干扰。如果 去除了其中之一，就不会发生电磁干扰。所以，工程 师的任务就是要决定哪一个因素是最容易消除的。
2、电压驱动模式： 信号电压 > 架空金属对地的电位差（共模源）> 耦合电容C >不对称电场天线。
共模电流辐射的抑制方法
• • • • • 使用铁氧体磁环 共模去耦电容 共模电源滤波器 采用屏蔽电缆、屏敝连接器 改进产品内部结构的设计与布置
抑制原理和注意事项
• 铁氧体磁环在高频时呈电阻性，所以能消 耗高频共模电流。 • 共模电流在连接线上是有一定分布的，因 此铁氧体磁环应放在电流较高的位置上， 一般放在连接线的引出处。 • 铁氧体磁环是否起作用取决于共模天线的 阻抗。
#去耦电容；
#减少供电线路阻抗；
#不相容电路各自供电；
地环路干扰
•产生原因：地电位 差 ，周围强场。 •共模骚扰电流在负 载上产生的差模骚 扰电 压，才能起到 干扰作用。
地环路干扰的抑制
• • • • • 采用平衡电路 隔离变压器 共模扼流圈 光电耦合器 光纤传输
敏感设备受干扰的基本原理
• 设备内的天线是互易的，既可发射，也可接 受。 • 空间电磁波的接收： 磁场天线： e 2fBA cos 电场天线： e El有效长度 对应于EMS测量中的：RS，ESD等。
• 导线传导骚扰的接收：主要是以共模方式进 入的骚扰。 对应于EMS测量中的：CS，EFT，浪涌等
敏感设备的抗干扰措施
• 设备的抗干扰措施和抑制设备的电磁发射 措施往往是互易的。 • 正确的屏蔽、滤波、接地、平衡、隔离措 施起到的作用是双向的。 • 正确的电路设计和布线，使设备内的电场 天线和磁场天线既减少了向外发射也减弱 了对干扰的接收。