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終于有人把EMC知識總結如此清晰 !   
2020-03-17 16:18:53
詳細內容

電磁干擾(Electromagnetic Interference),簡稱EMI,有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過導電介質或公共電源線互相產(chǎn)生干擾;輻射干擾是指電子設備產(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)絡或電子設備。


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)生電磁干擾有關規(guī)章或標準,符合這些規(guī)章或標準的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。


電磁兼容性EMC 標準不是恒定不變的,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。

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EMC標準及測試

國際標準


1、國際電工委員為IEC

2、國際標準華組織ISO

3、電氣電子工程師學會IEEE

4、歐盟電信標準委員會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標準研究

-CISPR:國際無線電干擾特別委員會

-TC77:電氣設備(包括電網(wǎng))內電磁兼容技術委員會

-TC65:工業(yè)過程測量和控制


國際標準化組織


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英國標準

5、ABSI美國國家標準

6、GOSTR俄羅斯政府標準

7、GB、GB/T中國國家標準


EMI測試


1、輻射騷擾電磁場(RE)

2、騷擾功率(DP)

3、傳導騷擾(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、射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試(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/接觸(Power induction/contact)


EMC測試結果的評價


A級:實驗中技術性能指標正常

B級:試驗中性能暫時降低,功能不喪失,實驗后能自行恢復

C級:功能允許喪失,但能自恢復,或操作者干預后能恢復

R級:除保護元件外,不允許出現(xiàn)因設備(元件)或軟件損壞數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復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/接觸(Power induction/contact)


EMC基礎理論

-電磁干擾的時域與頻域描述 :時域特性

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-電磁干擾的時域與頻域描述 :頻域特性

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-電磁干擾的時域與頻域描述 :周期梯形波的

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-電磁干擾的時域與頻域描述:寬帶噪聲

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-電磁干擾的時域與頻域描述:時鐘與數(shù)據(jù)噪聲

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-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:

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傳導干擾耦合形式

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

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電場:導體之間的電壓產(chǎn)生電場

-電場強度單位:V/m


磁場:導體上的電流產(chǎn)生磁場

-磁場強度單位:A/m


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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

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2、共模輻射:由于導體的電位高于參考電位產(chǎn)生


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3、PCB主要產(chǎn)生差模輻射

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4、線纜主要產(chǎn)生共模輻射

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5、差模輻射電場的計算

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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

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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計要點

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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屏蔽設計的基本原則:

    a、屏蔽體結構簡潔,盡可能減少不必要的孔洞,盡可能不要增加額外的縫隙;

    b、避免開細長孔,通風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)性是影響結構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屏蔽設計

1、通風孔及開口設計

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2、結構搭接縫屏蔽設計

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3、電纜從屏蔽體內穿出

如果導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。

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4、穿出屏蔽體電纜的設計原則:

    a、采用屏蔽電纜時,屏蔽電纜在出屏蔽體時,采用夾線結構,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,電纜在屏蔽體的內側(或者外側)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

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6、屏蔽材料及應用(導電布、簧片、導電橡膠)

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7、截止波導通風板

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8、良好接地

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MC接地設計

1、接地的概念及目的

     a、一是為了安全,稱為保護接地。電子設備的金屬外殼必須接大地,這樣可以避免因事故導致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設備的安全。

     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


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3、單點接地

     適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)

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4、多點接地及混合接地

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EMC濾波設計

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成的頻率選擇性網(wǎng)絡,阻止某段頻率范圍內的信號沿線傳遞。

   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

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4、差模濾波與共模濾波設計:

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5、電容和三端電容特性

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6、共模扼流圈

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7、鐵氧體磁珠

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EMC PCB 設計


1、PCB設計

    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、功能電路設計板級慮波電路

    f、接口電路設計:接口電路設計濾波電路、實現(xiàn)內外有效隔離


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、開關電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板拉手條、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(遠離開口,靠近負載,布線內層)

    c、電感線圈(遠離EMI源)

    d、總線驅動部分(布線內層,遠離開口,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      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


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

變壓器與連接器之間的信號網(wǎng)絡無交叉

變壓器對應的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鍵信號平行布線≤1000MIL

走線線寬無跳變或滿足阻抗一致


各國產(chǎn)品安全和EMC認證組織

-歐美:CE

-美國:FCC&UL,NEBS

-日本:VCCI

-澳大利亞:CE

-中國:CCC

-臺灣:CE

產(chǎn)品認證流程

-認證申請

-提交認證材料(認證標準、產(chǎn)品使用手冊等)

-產(chǎn)品測試

-完成測試報告

-頒發(fā)認證證書

-產(chǎn)品發(fā)布

引用自:ittbank

*免責聲明:本文引用自ittbank。文章內容系作者個人觀點,轉載僅為了傳達不同觀點交流與提升半導體行業(yè)認知,不代表對該觀點贊同或支持,如果有任何異議,歡迎聯(lián)系。


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