1、电磁兼容基础与工程应用,目录,第一部分 电磁兼容基础知识Ch1 电磁兼容概述Ch2 电磁兼容背景知识第二部分 电磁抗抗扰（Electromagnetic Susceptibility, EMS）A. 传导抗干扰（CS） Ch3 雷击浪涌 Ch4 群脉冲B. 辐射抗干扰（RS）Ch5 电磁屏蔽 Ch6 导体屏蔽,C. 静电放电（ESD） Ch7 静电放电于防护第三部分 电磁干扰（Electromagnetic Interference, EMI）Ch8 传导电磁干扰（CE）噪声分析与抑制基础Ch9 案例一：传导EMI噪声优化解决方案Ch10 辐射电磁干扰（RE）噪声分析与抑制基础Ch11 案例二
2、：辐射EMI噪声优化解决方案,第一部分 电磁兼容基础知识,第一章 电磁兼容概述,电磁兼容性：设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。 系统间的电磁兼容性：给定系统与它运行所处的电磁环境或与其他系统之间的电磁兼容性，影响系统间电磁兼容的主要因素是信号及功率传输系统与天线之间的耦合。 系统内的电磁兼容性：在给定系统内部的分系统设备及部件相互之间的电磁兼容性。 系统间干扰：由其他系统产生的电磁骚扰对一个系统造成的电磁干扰。 系统内干扰：系统中出现的由本系统内部电磁骚扰引起的电磁干扰。 干扰源：任何产生电磁干扰的元件、器件、设备、分系统或自然现象。 干扰
3、信号：损害有用信号接收的信号。 电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。,1.1 基本概念,电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通讯或系统性能的下降。传导干扰：沿着导体传输的电磁经干扰。辐射干扰：由任何部件、天线、电缆或连接线辐射击的电磁干扰。 电磁抗干扰：装置、设备或系统无临电磁骚扰不降低运行性能的能力。传导抗干扰：雷击浪涌群脉冲辐射抗干扰：电磁屏蔽导体屏蔽静电放电：,电磁兼容性设计（EMC）包括如下含义：1. 设备或系统具有抵抗给定电磁干扰的能力；2. 设备或系统具有不产生超过限度的电磁干扰的能力。 干扰的基本要素有三个：1. 干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：
4、du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。2. 传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。3. 敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。 干扰耦合传播途径：传导干扰；辐射干扰。 抗干扰设计的基本原则：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。,1.2 电磁兼容性设计,1.3 电磁兼容测量与检测标准,对电磁干扰和电磁兼容的测试和评估包括以下方面的测量和兼容： 1. 传导发射的敏感度/抗扰度（CS） 2. 辐射发射的
5、敏感度/抗扰度（RS）3. 传导发射（CE）4. 辐射发射（RE）这些测试涵盖了窄带和宽带发射。窄带测试处理连续波（CW）模式的发射和干扰。宽带测试涉及如静电放电、浪涌和其他实际遇到的类似瞬态情况。,FCC标准美国联邦通信委员会（FCC）负责促进和保证美国涉及无线电广播和传播设施的各种法规能有效执行。FCC也肩负着对各种电子电气装置设备的电磁发射控制规范化的任务。 CISPR标准以欧洲为基础的国际无线电干扰特别委员会（CISPR）自20世纪30年代就积极地致力于发展EMI/EMC方面的国际标准，并且被国际电工委员会（IEC）公布。CISPR/IEC的成就是国际性的，不仅涉及欧盟国家，也包括其他
6、的非欧盟国家。 GB标准我国首份EMC标准，是由原第一机械工业部于1966年颁发的部标JB854-66船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法及允许值。1983年10月31日办不了首份EMC国家标准GB3907-1983工业无线电干扰基本测量方法。之后又相继颁发了GB4343-1984、GB4365-1984、GB4859-1984等30于项国家标准。这些标准的基本依据是IEC/CISPR标准、IEC/TC77或IEC/TC65制定的有关标准。,由IEC/TC77、CISPR和/或其他（区域）标准化组织制定的电磁兼容标准一般采用IEC的标准分类方法，把相关标准分为3类或4类：基础标准、通用标
7、准、产品标准（又分为产品族标准和专用产品标准）。每类标准都分为发射和抗扰度两方面的标准。 通用标准通用标准将所适用的环境分为A、B两大类。A类指工业环境，如：IEC 61000-6-2/4。B类环境值居住、商业和轻工业环境，如：IEC 61000-6-1/3。 产品族标准产品族标准（Product Family Standards）针对特定的产品类别，规定了专门的电磁兼容发射限值或抗扰度评判准则和详细的测量试验程序。如：CISPR22信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法。 专用产品标准专用产品标准（Dedicated Product Standards）是关于特定产品、系统或设施而制定的电磁
8、兼容标准，根据这些产品特性必须考虑一些特殊的条件，其采用的规则和产品族标准相同。专用产品标准应比产品族标准优先采用。,相关欧洲标准,电磁干扰分析1. 传导耦合；2. 辐射耦合;3. 电感耦合;4. 电容耦合。 电磁环境1. 内部噪声；2. 外部噪声；3. 耦合噪声。 噪声抑制方法：屏蔽、接地、平衡、滤波、隔离、分离和定位、回路阻抗值控制、电缆布置、消除技术（频域或时域）,1.4 电磁兼容的主要技术,其他基本单位：1. dBW；2. dBm;3. dB V;4. dB V/m；5. dB V/m/MHz；6. dB V/MHz。注：分贝是两个量的比值。绝对功率电平、电压电平或者电流电平以dB来表
9、示时是以相同的单位量为参考的。,1.5 电磁兼容测量单位 定义：,第二章 电磁兼容背景知识,2.1 电磁场基本理论,电偶极子辐射场,(a) 短直导线源 (b)小环形电流源,磁偶极子辐射场,在近场共模辐射场为,在近场差模辐射场为,在远场，辐射占主导地位，kr 1 (or r /2)，无论电偶极子还是磁偶极子，辐射场强反比于场距离，即 E1/r ，H 1/r。 在近场，感应占主导地位，kr 1 (or r /2) ，在近场, r很小，对电偶极子E1/r3，H 1/r2,，因此电场在主导。对磁偶极子，E 1/r2, H 1/r3 ，因此磁场占主导。,偶极子辐射场分析总结,2.2 波阻抗,差模（DM）
10、噪声：差摸电流从火线流出到中线，火线和中线中的差模信号的幅值相同，相位相反。,2.3 共模与差模传导噪声,共模 (CM)噪声：共摸电流经过火线和中线到地线，共模信号幅值和相位都相同。,接地种类 ：安全接地：又称为保险接地。将电气设备的外壳，利用低阻抗导体连至大地，以防电击危险。信号接地：另一种典型的接地是信号接地，是为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。接地方法 :单点接地系统：指的是子系统的地回路仅与该子系统内的单点相连。目的是为了防止两个不同子系统中的电流共享相同的回路返回，从而产生共阻抗耦合。多点接地系：在多点接地系统中，子系统的各个地分别与接地导体在不同点相连。混合接地系统：就是上
11、述两种系统在不同频段组合。,2.4 接地技术,单点接地系统,多点接地系统,混合接地系统,地环路电流电压及其接地噪声抑制,共模扼流圈,旁路和去耦是指防止有用能量从一个电路传导另一个电路中，并改变噪声能量的传输路径，从而提高电源分配网络的品质。它有三个基本概念：电源、地平面，元件和内层的电源连接。 去耦：当器件高速开关时，把射频能量从高频器件的电源端泄放到电源分配网络。去耦电容也为器件和元件提供一个局部的直流源，这对减小电流在板上传播浪涌尖峰很有作用。 旁路：把不必要的共模RF能量从原件或线缆中泄放掉。它的实质是产生一个交流支路来把不希望的能量从易受影响的区域泄放掉。另外，它还提供滤波功能（带宽限
12、制），有时也笼统地称为滤波。,2.5 旁路和去耦,第二部分 电磁抗干扰第三章 雷击浪涌,雷击是很普通的物理现象，自然界每秒钟至少有100次雷击发生。此外，输电线路中的开关动作也能产生许多高能量脉冲，它们对电子设备的可靠性有很大影响。因此，国际和国内许多标准都规定了雷击浪涌试验。,3.1 雷击浪涌试验,工业过程测量与控制装置的抗浪涌试验GB/T17626.5(IDT IEC61000-4-5) ，主要是模拟设备在不同环境与安装条件下可能遇到的雷击或开关切换过程中所造成的电压和电流浪涌。它为评定设备的电源线、输入/输出线，及通信线路在遭受高能量脉冲干扰时的抗干扰能力建立一个共同的标准依据。 雷击瞬
13、变，主要是模拟间接雷击，如：雷电击中户外线路，大量雷击电流流入外部线路或接地电阻产生干扰电压；间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在外部线路或内部线路上感应出电压或电流；雷电击中线路邻近物体，在其周围形成电磁场，使外部线路上感应出电压；雷电击中附近地面，地电流通过公共接地系统引进干扰。 切换瞬变，是模拟主电源系统切换（如电容器组）时的干扰；同一电网，设备附近一些开关跳动时形成干扰；切换有谐振线路的可控硅设备；各种系统性故障，如设备接地网络或接地系统间短路或飞弧等。,3.2 组合波发生器,组合波发生器如上图所示。U为高压源，RC充电电阻，CC为储能电容，RS1 RS2为脉冲持续时间形成电阻，Rm阻
14、抗匹配电阻，Lr上升时间形成电感。组合波雷击浪涌试验电磁兼容试验和测量技术满足GB/T 17626.5-1999标准，浪涌（冲击）抗扰度试验满足idt IEC 61000-4-5:1995。,开路电压波形,短路电流波形,1.2/50s波形参数规定,3.3 组合波电源线电容耦合试验方法,组合波电源线电容耦合试验方法包括1. 单相交流直流电源线电容耦合试验(差模)2. 单相交流直流线电容耦合试验(共模)3. 三相交流电源线电容耦合试验(差模)4. 三相交流电源线电容耦合试验(共模)以单相交流直流电源线电容耦合试验(差模)为例，其它三种试验的试验方法可参照单相交流直流线电容耦合试验(差模)。,3.4
15、 单相交流直流电源线电容耦合试验(差模),1. 按产品技术条件规定检查被测设备功能性能是否正常，并连接仪器。2. 按产品（EUT）技术条件规定/确定的试验类别和试验等级设置试验开路电压和短路电流波形参数(共模)3. 验证开路电压波 组合波信号发生器经电容C输出开路，500MHz示波器，100/1衰减探头接电容C开路端，“运行”组合波发生器，测试发生器输出开路电压示值误差在10%内,4. 验证短路电流波电流耦合钳套在组合波信号发生器输出线上并接示波器，组合波发生器经电容C输出与地短路，“运行”组合波发生器，测试发生器输出短路电流示值误差在10%内。5. 重新连接组合波信号发生器,但不运行它，断开
16、试品EUT，检查去耦/耦合网络输出端电源线上的残余脉冲电压应低于试验开路电压波形峰值的15%。6. 再断开供电电源，检查去耦/耦合网络输入端电源线上的残余脉冲电压应低于试验开路电压波形峰值的15%或不超过电源电压峰值的二倍。7. 再重新连接试验设备和试品EUT，组合波信号发生器不工作，试品EUT施加标称额定电压，检查EUT功能应正常。8. “运行”组合波信号发生器，对EUT施加浪涌脉冲（对交流电源，浪涌脉冲加在供电电压波上的注入角度可以是0-360。9. 如产品标准无特殊规定，试验浪涌干扰脉冲通常可同步在交流电源波形的过零点和正负峰值点，试验1次/min；同时观察/检查EUT功能应正常。10.
17、 在产品标准规定的每个选定试验部位，施加正/负极性的干扰脉冲，至少各试验5次或按技术条件规定（供需双方确定）。11. 再断开所有连接，重新检查EUT功能性能应正常。12. 按产品标准规定的试验功能状态等级评判试验现象和结果，记录试验结果，编制提交试验报告,3.5 防雷击工程应用,按照规定的试验等级对其设备进行试验以核实设备级抗扰度，例如在设备端口使用第二级保护以达到等级设备的使用者或对设备负有安装责任的人应采取必要的措施如屏蔽搭接接地保护以保证由雷电引起的干扰电压不超过所选择的抗扰度电 平。图5-14，图5-15和图5-16分别为在有公共参考地系统的大楼内用屏蔽实现浪涌保护示意图，在有公共参考
18、地系统分开的大楼内实现第二级浪涌保护示意图以及室内-室外设备的第一级和第二级浪涌保护示意图。,在有公共参考地系统的大楼内用屏蔽实现浪涌保护,在有公共参考地系统分开的大楼内实现第二级浪涌保护,室内-室外设备的第一级和第二级浪涌保护,第四章 群脉冲,4.1 电快速瞬变脉冲群（EFT）发生器及测试方法,电子设备多采用接触器、继电器等开关器件，这些器件在切换感性负载时，在电源线、控制线和信号线上产生干扰，可能引起系统设备故障。电快速瞬变脉冲群（EFT）发生器就是模拟这种干扰，以评价电子设备的抗干扰能力。 电快速瞬变脉冲群（EFT）发生器原理如下图所示，其中U为高压电源，RC为充电电阻，CC为储能电容，
19、RS为脉冲持续时间形成电阻，Rm为阻抗匹配电阻，Lr为脉冲上升时间形成电感。,电快速瞬变脉冲电磁兼容试验和测量技术满足GB/T 17626.4-1998标准，电快速瞬变脉冲群抗扰度试验满足idt IEC 61000-4-4:1995。 快速瞬变脉冲群概略如下图所示，其中，脉冲群持续时间为15ms，脉冲群周期为300ms/ 。,50负载脉冲波形如图2-3所示，其中，脉冲波形为双指数脉冲，电压为归一化电压。,4.2 测试方法,测试时，可将测试设备分为非固定/台式设备和固定/落地式设备。非固定/台式设备测试方法如下：1. 按产品技术条件规定检查被测设备功能性能是否正常；接着，按下图布置和连接设备；若
20、群脉冲发生器不工作，EUT施加标称额定电压，检查EUT功能应正常；其次，按产品技术条件规定，确定试验类别和试验等级，设置试验脉冲参数包括发生器内阻，脉冲电压幅度，脉冲频率，脉冲极性，脉冲前沿（上升/下降）时间tr，脉冲宽度td，脉冲串长度，脉冲串周期等。,2. 让群脉冲发生器输出开路,经同轴衰减器40/60dB接示波器，“运行”群脉冲发生器，并验证已设置的脉冲参数；3. 将群脉冲发生器输出接去耦/耦合网络，对EUT施加群脉冲，持续1分钟，同时观察/检查EUT功能是否正常，试验次数应按技术条件规定；4. 断开所有连接，重新检查EUT功能性能是否正常；5. 按下图所示布置和连接设备,并对EUT各种
21、I/O信号、数据、控制线等进行电容耦合夹耦合试验；6. 若群脉冲发生器不工作，EUT施加标称额定电压，检查EUT功能是否正常；7. 按产品技术条件规定，确定试验类别和试验等级，并设置试验脉冲参数包括发生器内阻，脉冲电压幅度，脉冲频率，脉冲极性，脉冲前沿（上升/下降）时间tr，脉冲宽度td，脉冲串长度，脉冲串周期等。,8. 群脉冲发生器输出开路,打开群脉冲发生器，经同轴衰减器让脉冲衰减40/60dB，用示波器验证已设置的脉冲参数；9. 将群脉冲发生器输出端接电容耦合夹输入端，输出端需配50负载；10. 对EUT各种线缆施加群脉冲，持续1分钟，同时观察/检查EUT功能是否正常，试验次数按技术条件规
22、定；11. 断开所有连接，重新检查EUT功能性能是否正常，并记录试验结果,编制试验报告。,固定/落地式设备测试方法如下：1. 按产品技术条件规定检查被测设备功能性能是否正常；接着，按图2-6所示布置和连接设备；若群脉冲发生器不工作，EUT施加标称额定电压，检查EUT功能是否正常；再按产品技术条件规定，确定试验类别和试验等级，并设置试验脉冲参数包括发生器内阻，脉冲电压幅度，脉冲频率，脉冲极性，脉冲前沿（上升/下降）时间tr，脉冲宽度td，脉冲串长度，脉冲串周期等。,2. 群脉冲发生器输出开路,经同轴衰减器40/60dB接示波器，“运行”群脉冲发生器，验证已设置的脉冲参数；3. 让群脉冲发生器输出
23、接去耦/耦合网络，对EUT施加群脉冲，持续1分钟，同时观察/检查EUT功能是否正常；试验次数按技术条件规定；4. 断开所有连接，重新检查EUT功能性能是否正常；5. 布置和连接设备,并对EUT各种I/O信号、数据、控制线等进行电容耦合夹耦合试验；6. 若群脉冲发生器不工作，EUT施加标称额定电压，检查EUT功能是否正常；7. 按产品技术条件规定，确定试验类别和试验等级，并设置试验脉冲参数包括发生器内阻，脉冲电压幅度，脉冲频率，脉冲极性，脉冲前沿（上升/下降）时间tr，脉冲宽度td，脉冲串长度，脉冲串周期等；8. 让群脉冲发生器输出开路,打开群脉冲发生器，经同轴衰减器让脉冲衰减40/60dB，用
24、示波器验证已设置的脉冲参数；9. 将群脉冲发生器输出端接电容耦合夹输入端，输出端需配50负载；10. 对EUT各种线缆施加群脉冲，持续1分钟，同时观察/检查EUT功能是否正常；试验次数按技术条件规定；11. 断开所有连接，重新检查EUT功能性能是否正常，并记录试验结果,编制试验报告。,第五章 电磁屏蔽,电磁屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散；用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线
25、、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。,趋肤效应：指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分电流强度基本为零，即几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分，所以称为趋肤效應。产生这种效应的原因主要是变化
26、的电磁场在导体内部产生了涡旋电场，与原来的电流相抵消。,当干扰电磁场的频率较高时，利用低电阻率的金属材料中产生的涡流，形成对外来电磁波的抵消作用，从而达到屏蔽的效果。 当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。 在某些场合下，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。,5.1 如何进行电磁屏蔽,电磁屏蔽的作用是通过一个将上述区域封闭起来的壳体实现的。这个壳体可以作成金届隔板式、盒式，也可以作成电缆屏蔽和连接器屏蔽。屏蔽的壳体一般有实芯型、非实芯型(如金属网)和金属编织带几种类型，后者主要用
27、作电缆的屏蔽。各种屏蔽体的性能，均用该屏蔽体的屏蔽效果(shielding effectiveness)来表示。此值定义为空间某一区域屏蔽后的电磁场强度，比屏蔽前电磁场强度降低的分贝数。屏蔽效果的大小不仅与屏蔽材料的性能有关，也与辐射频率、屏蔽体与辐射源的距离、以及壳体上可能存在的各种不连续的形状和数量有关。在进行屏蔽设计时，应先了解待屏蔽区域屏蔽前的场强，及屏蔽以后允许的场强分别是多少，两者的差值即为所需的屏蔽效果。,5.2 电磁屏蔽的作用,当电磁波到达屏蔽体表面时，由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续，对入射波产生的反射。这种反射不要求屏蔽材料必须有一定的厚度，只要求交界面上的不连续。 未
28、被表面反射掉而进入屏蔽体的能量，在体内向前传播的过程中，被屏蔽材料所衰减，也就是所谓的吸收。 在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量，传到材料的另一表面时，遇到金属空气阻抗不连续的交界面，会形成再次反射，并重新返回屏蔽体内。总之，电磁屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。,5.3 电磁屏蔽的机理,用“单次反射损耗”R表示第一种反射引起的衰耗；用A表示穿过屏蔽材料的衰耗；用“多次反射修正项”B表示后面一种反射引入的损耗，则屏蔽效果S可由下式确定,式中，B这一项仅在A15dB时才有意义。磁屏蔽体的表面阻抗与空间的磁场被被阻抗非常接近，因此，磁
29、屏蔽体表面对磁场被的反射损耗很小，也就是说，磁屏蔽的屏蔽效果主要由损耗A决定。与此相反，电屏蔽体的表而阻抗很小，而它所欲屏蔽的则是高阻抗的电场、故屏蔽效果主要由表面反射衰耗R决定，而穿透损耗A则不是主要的。也就是说，电场屏蔽体可以用比较薄的金属材料制成。,由于只有在电磁波穿越屏蔽体时才出现吸收损耗，以及EH值决定于屏蔽材料的阻抗，所以，吸收损耗与穿过屏蔽体的电磁波类型(电被或磁波)无关，而仅由下式决定：,5.4 吸收作用,式中，d 屏蔽材料的厚度（cm） 相对于铜的材料导电率,屏蔽体表面的反射损耗不但与屏蔽材料的表面阻抗有关，也与波阻抗的大小及屏蔽体到辐射源的距离有关。其中波阻抗的大小又与辐射
30、源的类型(电的或磁的)有关。不同辐射源在屏蔽体上产生的反射损耗，可以分别用下面几个公式来计算，为使公式简单，下列各式是在假设辐射源为一“点源”的前提下推导出来的，式中D(cm)为该“点源”与屏蔽体的距离。由于平面波在自由空间传播时，波阻抗为一常数并等于337，所以平面波场的反射损耗R，与辐射源到屏蔽体间的距离无关。,5.5 反射作用,电磁波在传播中遇到阻抗不连续界面时，一部分能量为界面所反射，另一部分能量则穿过界面进入屏蔽体内，并在材料内部继续向前传播，同时，在传播中不断为屏蔽材料所衰减。只有那些经过材料衰减(吸收)后，仍然剩余的能量才能到达材料的另一表面。然后一部分能量越出材料表面，另一部分
31、又为后一表面所反射，重新折回屏蔽壳体内部，形成所谓内部反射。这种内部反射，在屏蔽体材料对电磁能的吸收衰减比较大，如A15dB时可以不考虑。但若屏蔽材料比较薄，即A值较小时，就必须加以考虑。而且，在这种情况下，内部反射甚至可以发生多次，形成多次反射。用“多次反射修正项”B来表示这种损耗，其计算公式如下：,5.6 内部反射,式中,除了低频地租抗场外，一般情况下W可取近似值：W 1。,在低频低阻抗场中，实心型屏蔽壳体的屏蔽效果S可用下式近似：,5.7 磁场屏蔽,除最新型磁屏蔽材料外，几乎所有的磁屏蔽材料都有一个共同的缺点：即在材料的加工和成型过程中，或不小心跌落在地，甚至在工作温度变化较大时，材料内
32、部磁畴排列的方向都将变化，使材料的导磁率降低。如果要使磁畴方位复原，这时，就必须把材料置于1100左右的高温中进行退火处理。因此，在实用上，为了不降低材料的导磁率，一些不可缺少的工序如材料的成型、钻孔等等，都应该在退火以前完成。一旦材科遏火以后，各种操作就得格外小心，以保持材料本身的磁性。,EMI导电漆喷涂技术具有高导电性、高电磁屏蔽效率、喷涂操作简单（同表面喷漆操作一样只须要在塑胶外壳内喷上薄薄一层导电漆）等特点，广泛应用于通讯制品（移动电话）、电脑（笔记本）、便携式电子产品、消费电子、网络硬件（服务器等）、医疗仪器、家用电子产品和航天及国防等电子设备的EMI屏蔽。深圳南祥科技有限公司的NX
33、-203导电漆适用于各种塑胶制品的屏蔽（PC、PC+ABS、ABS等）。喷涂导电漆解决了因做金属屏蔽罩受空间限制、操作、成本压力的限制，因其导电漆喷涂操作极其简单，做到了塑胶金属化，而受到越来越多的关注及推广。逐渐取代了以往贴锡箔、铜纸、做金属屏蔽罩的工艺。,5.8 屏蔽导电漆,第六章 导体屏蔽,屏蔽布线系统源于欧洲，它是在普通非屏蔽布线系统的外面加上金属屏蔽层，利用金属屏蔽层的反射、吸收及趋肤效应实现防止电磁干扰及电磁辐射的功能，屏蔽系统综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用，因而具有非常好的电磁兼容（EMC）特性。 U/UTP(非屏蔽)电缆的平衡特性并不只取决于部件本身的质量（如绞对
34、），而会受到周围环境的影响。因为U/UTP（非屏蔽）周围的金属、隐蔽的“地”、施工中的牵拉、弯曲等等情况都会破坏其平衡特性，从而降低EMC性能。所以，要获得持久不变的平衡特性，只有一个解决方案：在所有芯线外加多一层铝箔进行接地。铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护，同时为U/UTP（非屏蔽）电缆人为的创造了一个平衡环境。从而形成我们现在所说的屏蔽线缆。,屏蔽电缆的屏蔽原理不同于双绞的平衡抵消原理，屏蔽电缆是在四对双绞线的外面加多一层或两层铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理（所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿
35、透能力越弱），有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其它设备的工作。实验表明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38m厚的铝箔。如果让屏蔽层的厚度超过38m，就使能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在5MHz以下。而对于5MHz以下的低频干扰可应用双绞线的平衡原理有效的抵消。,屏蔽电缆抵抗外界干扰主要体现在：信号传输的完整性可以通过屏蔽系统得到一定的保证。屏蔽布线系统可以防止传输数据受到外界电磁干扰和射频干扰的影响。电磁干扰（EMI）主要是低频干扰，马达、荧光灯以及电源线是通常的电磁干扰源。射频干扰（RFI）是高频干扰，主要是无线频率干扰，包括无线电、电视转播
36、、雷达及其他无线通信。对于抵抗电磁干扰，选择编织层屏蔽最为有效，也就是金属网屏蔽，因其具有较低的临界电阻。而对于射频干扰，金属箔层屏蔽最有效，因为金属网屏蔽所产生的缝隙可使得高频信号自由地进出。对于高低频混合的干扰场，则要采用金属箔层加金属网的组合屏蔽方式，也就是S/FTP形式的双层屏蔽电缆，这样可使得金属网屏蔽适用于低频范围的干扰，金属箔屏蔽适用于高频范围的干扰。,两端接地时的屏蔽效应示意图,单端接地时的屏蔽效应示意图,同轴线缆导体屏蔽示意图,第七章 静电放电与防护,静电放电是一种自然现象，当两种不同介电强度的材料相互摩擦时，就会产生静电电荷，当其中一种材料上的静电荷积累到一定程度，在与另一
37、物体接触时，就会通过这个物体到大地的阻抗进行放电。静电放电及其影响是电子设备的一个主要干扰源。静电放电抗扰度试验的国家基础标准是GB/T17626.2(IDT IEC61000-4-2)，汽车静电放电抗扰度试验的国家标准是GB/T19951（IDT ISO 10605:2001）。,发生器原理如下图所示。U为高压电源，Rc为充电电阻50-100M，Cc为储能电容150pF，Rd为脉冲持续时间形成电阻330。其输出电流的典型波形如图2-31所示。波形参数与严酷度等级均满足试验要求。针对不同的检测设备，试验方法（鉴定检测）分为台式设备、落地式设备和现场试验。,7.1 静电放电发生器,静电放电发生器
38、电路原理图,7.2 台式设备,台式设备间接试验布置示意图,2落地式设备,7.3 落地式设备,落地式设备静电放电（直接/间接）试验布置示意图,7.4 现场试验,安装后落地式设备直接放电试验布置示意图,安装后落地式设备直接放电试验布置示意图,接地台式静电（直接/间接）放电试验设备布置连接示意图,不接地台式静电（直接）放电试验设备布置连接示意,第三部分 电磁干扰第八章 传导电磁干扰（CE）噪声分析与抑制基础,噪声产生机理,以BOOST开关电源为例来说明传导电磁干扰噪声产生机理，其电路中噪声电流流经方向下图所示：,共模噪声是由于电路中开关器件的开关工作而产生的。电路中开关元器件的漏极以及与漏极相连的P
39、CB导线之电位高频变化，其结果是形成位移电流。这些位移电路是产生共模干扰电流的直接因素。用“电路” 观点来解释就是有电流经寄生电容流入地线，形成共模干扰。对于散热器接地的系统，功率管与散热器间的寄生电容Cm以及LISN构成了共模干扰电流的通道。注意本文规定当共模电流平衡时，其流过L、N线的大小相等、方向相同，即图1中的icm，而流过地线的共模电流则为2icm。,8.1 噪声产生机理,8.1.1 共模噪声产生机理,共模干扰等效电路,由于开关电源中电感LBoost流过高频脉动电流，它产生的漏磁通将耦合到附近的电容器Cin和PCB导线，造成磁场耦合；同时电路中的节点n1具有较高的电压变化率(dv/d
40、t)，它对PCB导线如n2形成电场耦合。,8.1.2 差模噪声产生机理,对于连续导电模式和临界断续模式的开关电源电路，某一时刻整流桥中总有一对二级管是导通的，如D1和D4，或者D2和D3同时导通，因此差模干扰电流传播途径下图所示。,(a) D1、D4导通时差模干扰电流传播途径,（b）D2、D3导通时差模干扰电流传播途径,下图为开关电源差模干扰等效电路。这是一个由LBoost和Cin组成的无源二端口网络，其电压增益 |Vo/Vs| 可以反映网络的电压传输特性。就差模干扰而言，电压增益越低则说明网络对噪声源的抑制作用越大，LISN接收到的干扰信号也越小。,线性阻抗稳定网络（LISN） 噪声分离网络
41、噪声源内阻抗测定,8.2 噪声测量方法,8.2.1 线性阻抗稳定网络（LISN）,单相三线的线阻抗稳定网络，核心器件由电感和电容组成，左侧接商用电源，右侧接被测设备，LISN中的50表示测试仪器如频谱分析仪的标准阻抗，所有噪声分量由50电阻上得到。在线阻抗稳定网络LISN的火线端和中线端，由EMI测量接收机得到的噪声电压应分别为：,由上式发现，LISN所测量到的实际上是共模(CM)和差模(DM)信号的混合信号，而无法直接检测CM和DM信号的具体分量。由于CM和DM模态信号影响不同滤波器的设计方法，而DM、CM分量又是设计功率线滤波器(power-line filter)抑制电磁干扰的必要参数，
42、显然采用常规LISN无法满足这种要求，必须考虑能将模态信号分离的新方法。,下图为一种简单的分离，它仅仅使用一个变压器就能达到CM/DM 同时分离输出的特性。,8.2.2 噪声分离网络,Mardiguian 分离网络,开关电源(SMPS)往往会发射出大量的传导性电磁干扰(EMI)噪声，而它内部通常会有一个功率线滤波器用以抑制电磁噪声，使之满足EMC标准。为了使滤波器最有效的抑制电磁干扰噪声，在滤波器的设计时，我们必须知道开关电源(SMPS)的CM和DM噪声阻抗。这里采用电流探头法对开关电源的内阻抗进行测试。,8.2.3 噪声源内阻抗测定,测试原理 ：该测定方法采用两个电流探头，一个作为注入式探头
43、，另一个作为检测式探头，通过仔细的校准和测试，可以分别得到开关电源在EMC规定范围的各频率点的CM、DM阻抗，并且具有较好的精度。,如图7所示，双电流探头法测试的实验装置包括了一个注入式电流探头、一个检测式电流探头、一信号发生器和一频谱分析仪。要测量的未知阻抗以bb端的阻抗ZX来表示，两电流探头和耦合电容以及未知阻抗组成了一条回路。信号发生器输出一正弦波信号Vw注入到注入式电流探头，于是电路中就产生Iw的电流，频谱分析仪可以检测到Iw对检测式电流探头的作用结果。通过信号发生器不同频率点输出的调节，就可以在检测式电流探头端获取不同频率点的值。噪声源内阻抗公式为：,(3),滤波器典型特征指标是插入
44、损耗IL，一般采用dB表示。为了防止噪声源的某些频率分量达到测试电阻，在源和负载之间插入一个滤波器，如图8所示，其中，VCM、VDM、ZCM、ZDM为被测设备等效共模/差模噪声源和共模/差模噪声阻抗。对于共模噪声来说，其测试电阻阻抗为25；对于差模噪声来说，其测试阻抗为100。设未插入滤波器是噪声电压用VL0表示，插入滤波器后噪声电压用VL表示，则滤波器插入损耗定义为 ：,8.3 滤波器的设计,8.2.1 滤波器基本特性,(4),滤波器插入损耗定义,（a）LC滤波电路,（b）T型滤波电路,（c）型滤波电路,（d）多级滤波电路,8.3.2 无源滤波器基本电路,确定传导电磁干扰噪声类型：利用线性阻
45、抗稳定网络和噪声分离网络组成的测试系统提取被测设备总噪声中的共模分量和差模分量，针对不同的噪声分量选取相应的滤波器结构对噪声进行抑制。 确定共模、差模干扰源阻抗：干扰源阻抗和电力电子设备的拓扑结构有关，根据干扰源阻抗测量方法可以获得其阻抗。为简单起见，共模干扰源可以认为是开关管与散热器之间的寄生电容，差模干扰源阻抗主要依据电路拓扑而定。,8.3.3 EMI滤波器设计与分析,确定负载阻抗：滤波器设计时，传导EMI测试负载阻抗为LISN阻抗，对于差模而言其阻抗为100，共模为25。 分别确定差模干扰、共模干扰需要的衰减量：衰减量由下式确定，式中Adm、Acm分别为差模、共模干扰的衰减量，Ndm、N
46、cm分别为测量的差模、共模干扰，Limit为标准限值。由于传导干扰测试最终结果是差模、共模干扰之和，因此所需的衰减量应加上6dB安全阈量。,Adm(dB)=Ndm(dB)-Limit(dB)+6(dB)Acm(dB)=Ncm(dB)-Limit(dB)+6(dB),分别确定差模、共模滤波器的转折频率及元件参数：在所需衰减量的第一个峰值点做一条斜率为20ndB/十倍频程的直线（n为滤波器阶数），要保证所有频率下的衰减量都在直线下方。直线与频率轴交点即为转折频率，根据转折频率进而确定滤波器元件参数。 实验验证：如果滤波器达到干扰抑制要求，设计过程结束；如果低频段不能满足要求，重新设计滤波器参数；如
47、果滤波器高频段不能满足要求，要考虑滤波器寄生参数以及近场耦合的影响。,第九章 案例一： 传导EMI噪声优化解决方案,单片机由于其价格低廉，控制方式简单而广泛应用于各类的工业控制、航天航空技术、仪器仪表以及家用电器中，随着单片机的广泛应用，其电磁干扰问题也受到了越来越多的关注。本案例根据传导电磁兼容理论，提供基于“8951单片机”电子设备的传导电磁干扰问题解决方案。,9.1 问题描述,9.1.1 传导噪声测量超标结果,在产品未采用任何噪声抑制措施前，该系统的传导电磁干扰噪声如图所示：,由上图可以看出，该单片机电子设备的传导电磁干扰噪声超出GB9254所规定的范围，其超标点的噪声幅值如下表所示：,
48、9.1.2 传导噪声源分析,对该单片机系统的数字电路分析可以发现，引起该系统传导电磁干扰噪声的主要原因是由于单片机的12MHz晶振时钟信号经过分频等产生的传导电磁干扰噪声。,9.2 电磁干扰噪声分析与诊断方法,利用传导电磁兼容理论，可以对该单片机电子设备的电磁干扰问题提出相应解决方案，并设计合适滤波器用以抑制电磁干扰问题。具体理论主要包括传导电磁干扰噪声模态提取、噪声源内阻抗的测定以及EMI滤波器设计等。,根据传导电磁干扰噪声产生的机理不同，其噪声可以分为共模噪声和差模噪声。其中，共模噪声（VCM）指的是火线对地（VL），中线对地(VN)的噪声，差模噪声（VDM）指的是火线和中线之间的噪声，如
49、下图所示,9.2.1 传导电磁干扰噪声模态分量提取,（1）噪声模态分量提取原理,由于目前所采用的传导电磁干扰测量设备（LISN）无法直接测量到共模噪声和差模噪声，因此需要采用噪声分离网络对传导总噪声进行模态分离。本案采用的噪声分离网络拓扑结构如图所示，该分离网络由一个带中心抽头、变比为2：1的射频变压器构成。其中，变压器的原边与LISN相连，中心抽头输出共模噪声，变压器副边输出差模噪声。,（2）噪声分离网络拓扑结构图,在利用传导噪声分离网络对总噪声进行分离时，首先需要对该噪声分离网络的性能进行测试已确保分离特性。噪声分离网络性能主要有共模插入损耗（CMIL）、差模插入损耗（DMIL）、共模抑制比（CMRR）和差模抑制比（DMRR）。其中，理论上插入损耗值应为0dB，而抑制比的CISPR标准为低于插入损耗26dB。本案例中噪声分离网络共模性能测量结果如图所示：,（3）噪声分离网络特性测试,9.2.2 噪声源内阻抗测定,
