电磁兼容及实现方案

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机箱屏蔽的改进
设计中使缝隙尺寸满足要求: 商用设备:d<λ/20,20dB 军用设备:d<λ/50,28dB 显示窗可使用屏蔽玻璃; 接缝处应良好搭接,缩短连接螺丝的 间距,可使用导电衬垫; 采用波导设计,通风窗可使用波导管。
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
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
任何电子电气设备都可能是骚扰源,也可能是敏感设备。
传输途径
一. 空间辐射 差模电流辐射(磁场天线)和共模电流辐射(电场天线) 远场 >λ/2π 电磁感应
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
铁氧体滤波器及其等效电路
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。
. .
I d dt e L di dt di dt di e L dt V I Z L , Z L j L
. .
L

V 1 正弦: , Z c I Zc jc
各种传输线的分布参数
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。 实际设备中各种元器件、传输线、机箱间的分布参 数是造成EMC问题的主要原因,但分布参数很难计 算和测量,因此EMC分析有一定难度。
共模电源滤波 器
电源滤波器的正确安装
改进产品内部结构的设计与布置
印制电路板设计
#尽量减小供电环路和信号环路的面积; #尽量减小回流地线的阻抗; #在PCB的上方不允许有任何电气上没有连接并 悬空的金属存在等等。
各部件和电路的安排 相互连接线的布置
设备内的近场电磁耦合
设备内各个环路之间的电距离较短,一般 为近场,近场的场型很复杂,不易计算, 因此相互间的电磁干扰常用: 分布电容耦合代替电场干扰, 分布电感耦合代替磁场干扰, 从而把场的问题转化为路的问题,简化了 计算。 电磁耦合的典型问题:线-线间的窜扰
带共模去耦器的插座和穿心电容
专用EMC地
采用屏蔽电缆和屏蔽连接器
如果要求传输信号的速率较高,边缘较陡, 则串接滤波器就可能把有用信号的高频部 分也滤掉,从而影响信号的正常传输。这 时就只能采用屏蔽的方法 。 屏蔽层应保持电连续性和一致性,要求电 缆屏蔽层和连接器插头的金属外壳要有360 度的完整搭接,不能出现“猪尾巴”现象 。
1、有刷电机、继 电器、电磁阀、高 压点火线圈等都是 电感负载。 2、如开关是晶闸 管, 关断时会产生 浪涌。 3、在线圈、开关 触点或开关管二端 并联吸收回路。 4、在振荡回路中 串接阻尼电阻。
减小差模电流辐射的措施3
采取屏蔽方法
• 机箱的屏蔽效能由孔缝直径决定,机箱孔缝等效于 二次发射天线。 • 孔缝长度等于半波长的整数倍时,漏泄能量最大。 • 对于固定的孔缝长度,频率越高,泄漏越严重。
共模电流辐射的判断
的辐射场强: E Il 60 , E I , f 连接电缆 短于 4 r


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。
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。
LC 常数,
特性阻抗Z0= L
C
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。
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
(b)四层板的分层
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
四层板的时钟线跨层布置
减小差模电流辐射的措施2
频率越高,辐射越强,所以应尽量 减小有用信号的高次谐波成分。 1.模拟信号—减小失真 2.数字信号---增加上升时间 3.无用噪声---根据产生机理进行抑制
1.场强
2.方向
EH S
3.波阻抗
ˆ E 0 377 ˆ H
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,相当于磁场天线 所有信号环路、电源供电环路、输入和输出环路,都相当于 磁场天线
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
敏感设备接受空间干扰
设备内的天线是互易的,既可发射,也可接受。 磁场天线的接收(场-电路的干扰):
e 2fBA cos
电场天线的接收: (场-电缆的干扰)
e El有效长度
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)
近场 < λ/2π
二. 导线传导 共阻抗耦合 共电源线 共地(回流)线 地环路干扰 地电位差 周围强场
电磁耦合
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:信号线-回流线电流,大小 相等方向相反; 差模电压:信号线-回流线间电压; 共模电流:线-大地间电流,方向相同; 共模电压:线-大地间电压 有用信号都是差模的,骚扰可能是差 模的,也可能是共模的。
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
共电源线阻抗耦合 解决办法:
骚扰的频谱分析
骚扰wenku.baidu.com频谱分析(续)
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10~20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。
切断电感负载产生的脉冲噪声
共模传导骚扰的加入
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。
传输线阻抗对信号完整性的影响
短线(l ≤λ/20 或 td ≤ tr/4 )振荡 长线时由于阻抗不匹 配产生的反射
#去耦电容;
#减少供电线路阻抗; #不相容电路各自供电;
共地线(回流线)阻抗耦合
接地线的功能是保持零电 位,应该没有电流,不要 和回流线混淆。回流线一 般接地,所以俗称地线。
解决办法:分地(回流地)
接地方式
单点并联接地 单点串联接地 多点接地
地环路干扰
•产生原因:地电位 差 ;周围强场(磁 场在线-大地间,电 场在二根线上产生 共模源)。 •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。
空间辐射电磁波
电场天线
磁场天线
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。
近场与远场的比较
远场
1 E, H r
近场
1 1 E, H 2 , 3 r r
在传播方向 S 上有分量
电偶极子是高阻抗场 磁偶极子是低阻抗场
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