EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析

前言

　　《EMC（電磁兼容）設(shè)計與測試案例分析 》在2006年出版以來，受到了廣大讀者的關(guān)注，同時在這兩年的時間內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了本書不少缺陷，本書修改了第一版的不少缺陷，并且在原來已有案例分析的基礎(chǔ)上，通過案例進(jìn)一步澄清了以下幾個重要的EMC設(shè)計要點的原理及具體處理措施?！　。?） EMC測試的實質(zhì)，解析標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種EMC測試項目的實質(zhì)；　　（2） 澄清了電源端口濾波電路設(shè)計方法，包括濾波電路的選擇，濾波元件參數(shù)的選擇；　　（3） 澄清了數(shù)?；旌想娐返腅MC設(shè)計方法，不但澄清了數(shù)?；旌想娐窋?shù)模電路之間的串?dāng)_問題，而且澄清了如何從系統(tǒng)上考慮EMC問題。特別是廣大設(shè)計者比較疑惑的數(shù)字地與模擬地的處理問題；　　（4） 澄清了對PCB中地平面進(jìn)行分地的優(yōu)缺點；　　（5） 澄清了金屬外殼產(chǎn)品PCB中各種工作地與金屬外殼之間的互連的方法與原理，涉及兩者之間要不要連？如何連？怎么連？在哪里連？等問題；　　（6） 澄清了PCB邊緣為何不能布置敏感線、敏感器件、時鐘線或時鐘器件等的原理，并澄清了具體的解決與彌補措施；　　（7） 澄清了多層PCB設(shè)計時的層疊設(shè)計與EMC問題；　　（8） 澄清環(huán)路引起的差模輻射量級?！　≈袊鳨MC起步較晚，但是發(fā)展較快，經(jīng)過幾年的發(fā)展，越來越多的企業(yè)及其工程師已經(jīng)漸漸了解了EMC，也逐漸掌握了一些EMC設(shè)計規(guī)則，并用以指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計。然而，在電子技術(shù)飛速發(fā)展的中國，在產(chǎn)品設(shè)計過程中，還存在許多對EMC本質(zhì)問題的誤解。消除這些誤解才能幫助讀者解決不可避免的EMC難題，這些誤解主要體現(xiàn)在：　?。劢拥兀?“接地”這個詞在接觸EMC之前已經(jīng)進(jìn)入廣大電子產(chǎn)品設(shè)計者的視野中了，大家最熟悉的“地”，就是自然界的地球。電子、電氣產(chǎn)品為了安全，最終需要把產(chǎn)品的某個金屬導(dǎo)體接入“大地”（稱為“保護地”），即自然界的地球中(通常通過建筑物中或?qū)Ｓ玫慕拥鼐€排接入)。 對于EMC來講，“接地”可以最大限度地降低產(chǎn)品的EMI輻射，也可以最大限度地減小進(jìn)入產(chǎn)品的外界干擾。然而，需要把產(chǎn)品接自然界的地球嗎？如何正確理解EMC中的“接地”？案例14《PCB工作地與金屬外殼直接相連是否會導(dǎo)致ESD干擾進(jìn)入電路》、案例13《金屬外殼屏蔽反而導(dǎo)致EMI測試失敗》和案例69《數(shù)?；旌想娐返腜CB設(shè)計詳細(xì)解析案例》在一定程度上給出了以上問題的答案，控制好產(chǎn)品EMC并不一定需要把產(chǎn)品接入自然界地球的“地” ，對于EMC來說，“接地”是為了引導(dǎo)共模電流的流向。實際上，對于EMI，EMI的騷擾源的參考點是PCB中工作地上的某一點，為了讓騷擾源通過各種途徑流入“天線”（如產(chǎn)品中的電纜），正確的接“地”點應(yīng)該為這個PCB中工作地上的某一點，可見，這種“接地”從EMI騷擾的流向看，應(yīng)該發(fā)生在“天線”（如電纜）之前；對于產(chǎn)品的大多數(shù)高頻抗擾度來說，干擾源的參考點為測試時的參考接地板，正確的接“地”點應(yīng)該為參考接地板，它“接地”的目的是為了讓外部注入的共模電流不流入產(chǎn)品中的電路?？梢?，這種“接地”從干擾的流向看，發(fā)生在產(chǎn)品的電路之前。產(chǎn)品的“接地”設(shè)計首先需要考慮的并非選擇或設(shè)計“單點接地”或“多點接地”而是考慮“接地”點的位置和“接地”的措施。如果產(chǎn)品具有金屬外殼，以上的兩種“接地”都可以借助于金屬外殼或其他寄生參數(shù)很好的實現(xiàn)，這就是金屬外殼設(shè)備為什么更容易通過EMC測試原因，對于非金屬外殼，這兩種接地相對變得更為困難，通過EMC測試也會變得更難。

內(nèi)容概要

本書以分析EMC案例分析為主線，通過案例描述分析，介紹產(chǎn)品設(shè)計中的EMC技術(shù)，向讀者介紹產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)EMC的實用設(shè)計技術(shù)與診斷技術(shù)，減少設(shè)計人員在產(chǎn)品的設(shè)計與EMC問題診斷中的誤區(qū)。所描述的EMC案例涉及結(jié)構(gòu)、屏蔽與接地、濾波與抑制、電纜、布線、連接器與接口電路、旁路、去耦與儲能、PCB layout還有器件、軟件與頻率抖動技術(shù)各個方面。

作者簡介

　　鄭軍奇，碩士學(xué)歷，中國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)委員會委員，全國無線電干擾委員會委員，上海電器科學(xué)研究所EMC專家。他專注于各類工科醫(yī)、車載、民（軍）用、工業(yè)用產(chǎn)品的EMC標(biāo)準(zhǔn)、EMC設(shè)計和EMC測試工作；主要從事產(chǎn)品的EMC測試方法，EMC設(shè)計的規(guī)則、方法論及EMC診斷方法的研究及培訓(xùn)工作；發(fā)表EMC相關(guān)論文數(shù)篇，擁有多項EMC專利；長期與國外EMC專家交流、學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，是專業(yè)的EMe培由11講師。主要著作有：《EMC（電磁兼容）設(shè)計與測試案例分析》2006年12月出版，《電子產(chǎn)品設(shè)計EMC風(fēng)險評估》2008年5月出版。

書籍目錄

第1章　EMC基礎(chǔ)知識及EMC測試實質(zhì)　1.1　什么是EMC　1.2　傳導(dǎo)、輻射與瞬態(tài)　1.3　理論基礎(chǔ)　　1.3.1　時域與頻域　　1.3.2　電磁騷擾單位分貝（dB）的概念　　1.3.3　正確理解分貝真正的含義　　1.3.4　電場、磁場與天線　　1.3.5　RLC電路的諧振　1.4　EMC意義上的共模和差?！?.5　EMC測試實質(zhì)　　1.5.1　輻射發(fā)射測試實質(zhì)　　1.5.2　傳導(dǎo)騷擾測試實質(zhì)　　1.5.3　ESD抗擾度測試實質(zhì)　　1.5.4　輻射抗擾度測試實質(zhì)　　1.5.5　共模傳導(dǎo)性抗擾度測試實質(zhì)　　1.5.6　差模傳導(dǎo)性抗擾度測試實質(zhì)　　1.5.7　差模共模混合的傳導(dǎo)性抗擾度測試實質(zhì)第2章　產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)架、屏蔽、接地與EMC　2.1　概論　　2.1.1　產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、構(gòu)架與EMC　　2.1.2　產(chǎn)品的屏蔽與EMC　　2.1.3　產(chǎn)品的接地與EMC　2.2　相關(guān)案例分析　　2.2.1　案例1:傳導(dǎo)騷擾與接地　　2.2.2　案例2:傳導(dǎo)騷擾測試中應(yīng)該注意的接地環(huán)路　　2.2.3　案例3:屏蔽體外的輻射從哪里來　　2.2.4　案例4:“懸空”金屬與輻射　　2.2.5　案例5:伸出屏蔽體的“懸空”螺柱造成的輻射　　2.2.6　案例6:屏敝材料的壓縮量與屏蔽性能　　2.2.7　案例7:開關(guān)電源中變壓器初、次級線圈之間的屏蔽層對EMI作用有多大　　2.2.8　案例8:金屬外殼接觸不良與系統(tǒng)復(fù)位　　2.2.9　案例9:靜電放電與螺釘　　2.2.10　案例10:散熱器與ESD也有關(guān)系　　2.2.11　案例11:怎樣接地才有利于EMC　　2.2.12　案例12:散熱器形狀影響電源端口傳導(dǎo)發(fā)射　　2.2.13　案例13:金屬外殼屏蔽反而導(dǎo)致EMI測試失敗　　2.2.14　案例14:PCB工作地與金屬外殼直接相連是否會導(dǎo)致ESD干擾進(jìn)入電路　　2.2.15　案例15: 數(shù)/?；旌掀骷?shù)字地與模擬地如何接第3章　產(chǎn)品中電纜、連接器、接口電路與EMC　3.1　概論　　3.1.1　電纜是系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)　　3.1.2　接口電路是解決電纜輻射問題的重要手段　　3.1.3　連接器是接口電路與電纜之間的通道　　3.1.4　PCB之間的互連是產(chǎn)品EMC的最薄弱環(huán)節(jié)　3.2　相關(guān)案例　　3.2.1　案例16: 由電纜布線造成的輻射超標(biāo)　　3.2.2　案例17:屏蔽電纜“Pigtail”有多大影響　　3.2.3　案例18:接地線接出來的輻射　　3.2.4　案例19: 使用屏蔽線一定優(yōu)于非屏蔽線嗎　　　3.2.5　案例20：塑料外殼連接器與金屬外殼連接器對ESD的影響　　3.2.6　案例21：塑料外殼連接器選型與ESD　　3.2.7　案例22：當(dāng)屏蔽電纜的屏蔽層不接地時　　3.2.8　案例23：數(shù)碼相機輻射騷擾問題引發(fā)的兩個EMC設(shè)計問題　　3.2.9　案例24：為什么PCB互連排線對EMC那么重要　　3.2.10　案例25：環(huán)路引起的輻射發(fā)射超標(biāo)　　3.2.11　案例26: 注意產(chǎn)品內(nèi)部的互連和布線　　3.2.12　案例27:信號線與電源線混合布線的結(jié)果　　3.2.13　案例28:電源濾波器安裝要注意什么第4章　通過濾波與抑制提高產(chǎn)品EMC性能第5章　旁路和去耦第6章　PCB設(shè)計與EMC第7章　器件、軟件與頻率抖動技術(shù)附錄A　EMC術(shù)語附錄B　民用、工科醫(yī)、鐵路等產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的EMC測試附錄C　汽車電子、電氣零部件的EMC測試附錄D　軍用標(biāo)準(zhǔn)中的常用EMC測試附錄E　EMC標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證

章節(jié)摘錄

　　當(dāng)在使用手機時，旁邊的計算機Crrl、顯示器圖像會出現(xiàn)抖動，這是因為手機工作時的信號通過空間以電磁場的形式傳輸?shù)紺RT。顯示器內(nèi)部。當(dāng)摩托車從附近道路通過時，電視會出現(xiàn)雪花狀干擾。這是因為摩托車點火裝置的脈沖電流產(chǎn)生了電磁波，傳到空間再傳給附近的電視天線、電路上，產(chǎn)生了干擾電壓／電流。像這種通過空間傳播，并對其他設(shè)備電路產(chǎn)生無用電壓／電流、造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。輻射現(xiàn)象的產(chǎn)生必然存在著天線與源。由于傳播途徑是空間，屏蔽也是解決輻射干擾的有效方法。　　如上所述，干擾的根源是電壓／電流產(chǎn)生不必要的變化，這種變化通過導(dǎo)線直接傳遞給其他設(shè)備，造成危害，稱為“傳導(dǎo)干擾”。另外，由于電壓電流變化而產(chǎn)生的電磁波通過空間傳播到其他設(shè)備中，在電路或?qū)Ь€上產(chǎn)生不必要的電壓電流，并造成危害的干擾稱為“輻射干擾”。但是，實際上并不能這樣簡單區(qū)分。　　例如，計算機等計算設(shè)備的騷擾源，雖然是在設(shè)備內(nèi)部電路上流動的數(shù)字信號的電N／電流，但這些干擾以傳導(dǎo)干擾的方式通過電源線或信號線泄漏，直接傳遞給其他設(shè)備。同時這些導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波以輻射干擾的形式危及附近的設(shè)備。而且計算設(shè)備本身內(nèi)部電路也產(chǎn)生電磁波，以輻射的形式危及其他設(shè)備?！　≥椛涓蓴_現(xiàn)象的產(chǎn)生總是與天線分不開的，根據(jù)天線原理，如果導(dǎo)線的長度與波長相等，則容易產(chǎn)生電磁波。例如，數(shù)米長的電源線會產(chǎn)生VHF’頻帶（30～300MHz）的輻射發(fā)射。在比此頻率低的頻帶內(nèi)，因波長較長，當(dāng)電源線中流過同樣的電流時，不會輻射太強的電磁波。所以在30MHz以下的低頻帶主要是傳導(dǎo)干擾。但是，伴隨著傳導(dǎo)干擾會在電源線周圍產(chǎn)生干擾磁場，給AM廣播等帶來干擾。另外，如前所述，由于在VHF寬帶內(nèi)電源線泄漏的干擾能轉(zhuǎn)變成電磁波擴散到空間，因此輻射干擾成為比傳導(dǎo)干擾更主要的問題。在比此更高的頻率上，比電源線尺寸更小的設(shè)備內(nèi)部電路會產(chǎn)生輻射干擾，危害其他設(shè)備?！　】偠灾?dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的長度比波長短時，主要問題是傳導(dǎo)干擾，當(dāng)它們的尺寸比波長長時，主要問題是輻射干擾?！　…h(huán)境中還存在著一些短暫的高能脈沖干擾，這些干擾對電子設(shè)備的危害很大，一般稱這種干擾為瞬態(tài)干擾。瞬態(tài)干擾既可以通過電纜進(jìn)入設(shè)備，也可以以寬帶輻射干擾的形式對設(shè)備造成影響。例如，汽車點火系統(tǒng)和直流電動機電刷對收音機的干擾。產(chǎn)生瞬態(tài)干擾的原因主要有：雷電、靜電放電、電力線上的負(fù)載通斷（特別是感性負(fù)載）、核電磁脈沖等?？梢娝矐B(tài)干擾是指時間很短但幅度較大的電磁干擾。常見的瞬態(tài)干擾（設(shè)備需要通過測試驗證抗擾度）有三種：各類電快速脈沖瞬變（EYT）、各類浪涌（SURGIE）、靜電放電（ESD）等。

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