電磁兼容設(shè)計技術(shù)

1、為什么要掌握電磁兼容技術(shù),因為： 電子電路日益復雜，調(diào)試越來越難 電磁兼容標準強制實施 市場競爭日益激烈，開發(fā)周期越來越短,為什么要“調(diào)”電路,信號畸變,不能達到預期的功能,信號本身失真 反射 損耗,串擾,地線、電源 噪聲,外界干擾 （輻射、傳導,電磁兼容設(shè)計,信號完整性,電磁兼容設(shè)計是必須的,設(shè)備之間的干擾也不容忽視,開關(guān)電源,數(shù)字脈沖電路,數(shù)字視頻設(shè)備,220AC,怎樣對付這些干擾問題,屏蔽,接地,濾波,選什么材料,屏蔽體怎樣接地,屏蔽效能取決于什么因素,地線與干擾有什么關(guān)系,應該怎樣設(shè)計地線,怎樣實現(xiàn)有效的濾波,為什么濾波并不有效,一個干擾的例子,RS105，脈沖電磁場試驗,消除干擾的措

2、施與結(jié)果,共模濾波電容,濾波的測試結(jié)果,濾波的軟件仿真結(jié)果,實踐電磁兼容技術(shù),課程特點： 注重物理概念和應用背景，避免空洞理論和復雜公式 內(nèi)容實用，立竿見影 培養(yǎng)解決電磁干擾的綜合能力（基本理論、分析方法、問題解決能力等,課程內(nèi)容,電磁兼容要求（標準）與試驗方法 地線造成的干擾問題與解決方法 電磁屏蔽與搭接 電磁干擾濾波技術(shù) 電纜設(shè)計 線路板設(shè)計,對電磁兼容技術(shù)有全面的了解 掌握接地、濾波、屏蔽等關(guān)鍵技術(shù) 在產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計方面有明確的思路 使產(chǎn)品順利通過電磁兼容試驗 具備進一步學習的能力,通過學習本課程要達到,第一章,預備知識與基本概念,電路之間的干擾,模擬電路,控制電路 （處理器,信號處理

3、,電源,電容耦合,電場,VN = VSZL/(ZC+ZL,ZL,VS,VN,容抗： ZC = 1/jC,電感耦合,I1,VN,公共阻抗耦合,數(shù)字 電路,模擬 電路,VN,傳導性干擾,模擬電路,數(shù)字電路,天線,接收天線： 將天線上的電磁波變成端口上的電壓 輻射天線： 將端口上的電壓變成電磁波,V,V,基本天線結(jié)構(gòu),環(huán)天線 偶極天線 單極天線,V,V,V,環(huán)天線產(chǎn)生的輻射,近場區(qū)內(nèi)（ D /2 ）: H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m 遠場區(qū)內(nèi)（D /2） : H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m,D,導線的輻

4、射,近場區(qū)內(nèi): H = I L / (4D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m 遠場區(qū)內(nèi): H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/m,D,波阻抗的概念,波阻抗,377,2,到觀測點距離 r,E/H,ZW = Z0（2D,ZW = Z0 = 377,ZW = Z0（/2D,寄生天線,偶極天線：只要兩個體之間存在電位差，就 構(gòu)成了偶極天線。 環(huán)天線：只要存在電流環(huán)路，就形成了一個 環(huán)天線,常見等效偶極(單極)天線,機箱,接地線,PCB,VG,主板,電纜,子板,筆記本,PCB電纜,沒接地的散熱片,常見環(huán)天線,用天線的概念處理問題,

5、1 用天線的概念看待設(shè)備中的導體,發(fā)現(xiàn)隱蔽的天線 2 盡量消除這些具有天線性能的結(jié)構(gòu) 3 不能消除時，控制天線的輻射 減小環(huán)天線的面積 減小兩個導體之間的射頻電壓,分貝(dB) 的概念,分貝的定義：分貝數(shù) 10lg,P2,P1,P1、P2 是兩個功率數(shù)值，對于電流或電壓，定義如下,電壓增益的分貝數(shù) 20lg,V2,V1,電流增益的分貝數(shù) 20lg,I2,I1,用分貝表示的物理量,電壓：用1V、1mV、1V 為參考（例如：1V = 0dBV） 則單位為：dBV、dBmV、dBV 等,電流：用1A、1mA、1A 為參考，則：dBA、dBmA、dBA,場強：用1V/m、1V/m 為參考，則：dBV/

6、m、dBV/m 等,功率：用1W、1mW 為參考，則：dBW、dBm等,分貝”僅表示相對概念,99,1,0.1,SE = 20lg(100/1.1) 40dB,99,1,10,SE = ,如果把綠色輻射體去掉，屏蔽體的屏蔽效能是多少,頻域分析,處理電磁干擾的問題必須熟悉頻域分析： 電磁兼容標準中大部分指標都是在頻域中表示的 對電磁干擾的各種措施都與頻率有關(guān) 通過頻率特征容易查找干擾源,頻域中表示的輻射發(fā)射限值,時域 頻域變換,時域周期信號,離散的譜線,時域非周期信號,連續(xù)頻譜,t,f,t,付立葉級數(shù),付立葉變換,脈沖信號的頻譜,tr、d 的單位s，f的單位MHz，A的單位V,脈沖頻譜的化簡,僅

7、考慮最大值，sinX = 1 不考慮相位，僅考慮絕對值 當X趨于0時，sinX/X = 1,V(f) = 2Ad,f很小,f較小,f較大,脈沖頻譜的包絡線（對數(shù)坐標,20lg (2Ad,20lg(2A/) 20lgf,20lg(2A/2tr) 40lgf,dBV/MHz,lg (f,1/d,1/tr,周期性脈沖信號的頻譜,tr,T,d,A,脈沖信號的頻譜包絡線,dBV,lg (f,1/d,1/tr,上升沿越陡高頻越豐富,擴譜時鐘,擴頻時鐘的效果,頻譜分析儀,幅度,頻率,掃描速率（時間,分辨帶寬,頻率范圍,第二章 地線干擾與接地技術(shù),為什么要地線 地環(huán)路問題與解決方法 公共阻抗耦合問題與解決方法

8、 各種接地方法,安全地,220V,0V,信號地,電路工程師：地線是電位參考點 EMC工程師：地線是信號電流流回信號源的低阻抗路徑,地線引發(fā)干擾問題的原因,V = I R,地線電壓,地線是等電位的假設(shè)不成立,電流走最小阻抗路徑,我們并不知道地電流的確切路徑,地電流失去控制,地線電位示意圖,2mV,200mV,2mV 10mV,10mV 20mV,20mV 100mV,100mV 200mV,理解地線阻抗,地 線 阻 抗,導線阻抗,回路阻抗,決定了地線電位差,決定了實際地線電流,導線的阻抗,Z = RAC + jL,L 1H/m,= 1 / ( f r r)1/2,RAC= 0.076r f1/2

9、 RDC,r,電流,深度,0.37I,I,趨膚效應,導線的阻抗,高頻時，導線的直徑作用減小,金屬條與導線的阻抗比較,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,S / W,金屬條阻抗/導線阻抗,電流回路的阻抗,L,R,I,Z = R + jL L = / I A,地線問題地環(huán)路,IG,VG,VN,地環(huán)路,I1,I2,隔離變壓器,屏蔽層只能接2點,C2,VG,1,2,C1,屏蔽,CP,VG,VS,VN,RL,光隔離器,發(fā)送,發(fā)送,接收,接收,RL,RL,VG,VS,VS,VG,光耦器件,Cp,共模扼流圈的作用,Vs,R1,R1,RL,L,VG,I

10、N1,IN2,IS,VS + VN,= R1 / L,VN / VG,RL/（RS + RL,M,f,平衡電路對地環(huán)路干擾的抑制,VG,RS1,VS1,RS2,RL2,RL1,VS2,IN1,IN2,IS,VL,地線問題公共阻抗耦合,電路1,電路2,地電流1,地電流2,公共地阻抗,V,改進1,改進2,接地方式種類,信號接地方式,并聯(lián)單點接地,串聯(lián)單點接地,混合接地,多點接地,單點接地,單點接地,1,2,3,1,2,3,串聯(lián)單點接地 優(yōu)點：簡單 缺點：公共阻抗耦合,并聯(lián)單點接地 優(yōu)點：無公共阻抗耦合 缺點：接地線過多,I1,I2,I3,I1,I2,I3,A,B,C,A,B,C,R1,R2,R3,

11、串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地,模擬電路1,模擬電路2,模擬電路3,數(shù)字邏輯控制電路,數(shù)字信息處理電路,繼電器驅(qū)動電路,馬達驅(qū)動電路,線路板上的地線,噪聲,模擬,數(shù)字,長地線的阻抗,設(shè)備,Z0 = (L/C)1/2,R,R,L,L,C,C,FP1 = 1/2(LC)1/2,ZP = (L)2/R,RAC,RDC,串聯(lián)諧振,并聯(lián)諧振,多點接地,R1,R2,R3,L1,L2,L3,電路1,電路2,電路3,地線阻抗一定保持很小， 避免公共阻抗耦合,鍍銀（減小表面電阻） 良好搭接（減小地線阻抗） 寬金屬板（減小電感,混合接地,Vs,地電流,Rs,Vs,安全接地,Rs,安全接地,地環(huán)路電流,放大器屏蔽殼的接

12、地,C1S,C3S,C2S,C1S,C3S,C2S,等效電路,接地位置不當造成的干擾,穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓電源,火災 報警器,火災 報警器,第三章 電磁屏蔽技術(shù),屏蔽材料的選擇 實際屏蔽體的設(shè)計,電磁屏蔽,屏蔽前的場強E1,屏蔽后的場強E2,對電磁波產(chǎn)生衰減的作用就是電磁屏蔽,電磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB,實心材料屏蔽效能的計算,入射波,場強,距離,吸收損耗A,R1,R2,SE R1 R2 AB,R AB,B,吸收損耗的計算,t,入射電磁波E0,剩余電磁波E1,E1 = E0e-t,A 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e

13、 t / ) dB,0.37E0,A 8.69 ( t / ) dB,A = 3.34 t f rr dB,趨膚深度舉例,反射損耗,R 20 lg,ZW,4 Zs,反射損耗與波阻抗有關(guān)，波阻抗越高，則反射損耗越大,ZS = 3.68 10-7 f r/r,遠場：377,近場：取決于源的阻抗,同一種材料的阻抗隨頻率變,不同電磁波的反射損耗,遠場: R 20 lg,377,4 Zs,4500,Zs = 屏蔽體阻抗， D = 屏蔽體到源的距離（m） f = 電磁波的頻率（MHz,2 D f,D f Zs,Zs,電場: R 20 lg,磁場: R 20 lg,dB,影響反射損耗的因素,150,0.1k

14、 1k 10k 100k 1M 10M 100M,平面波,3 108 / 2r,f,R(dB,r = 30 m,電場r = 1 m,靠近輻射源,r = 30 m,磁場 r = 1 m,靠近輻射源,綜合屏蔽效能 (0.5mm鋁板,150,250,平面波,0,0.1k 1k 10k 100k 1M 10M,高頻時 電磁波種類 的影響很小,電場波 r = 0.5 m,磁場波 r = 0.5 m,屏蔽效能（dB,頻率,多次反射修正因子的計算,電磁波在屏蔽體內(nèi)多次反射，會引起附加的電磁泄漏，因此要對前面的計算進行修正。 B = 20 lg ( 1 - e -2 t /,說明： B為負值，其作用是減小屏蔽

15、效能 當趨膚深度與屏蔽體的厚度相當時，可以忽略 對于電場波，可以忽略,怎樣屏蔽低頻磁場,低頻磁場,低頻,磁場,吸收損耗小,反射損耗小,高導電材料,高導磁材料,高導電材料,高導磁率材料的磁旁路效果,H0,H1,H0,Rs,R0,H1,R0,Rs,SE = 1 + R0/RS,低頻磁場屏蔽產(chǎn)品,磁屏蔽材料的頻率特性,1,5,10,15,坡莫合金,金屬,鎳鋼,冷軋鋼,0.01 0.1 1.0 10 100 kHz,r 103,磁導率隨場強的變化,磁通密度 B,磁場強度 H,飽和,起始磁導率,最大磁導率,= B / H,強磁場的屏蔽,高導磁率材料：飽和,低導磁率材料：屏效不夠,低導磁率材料,高導磁率材

16、料,加工的影響,20,40,60,80,100,10 100 1k 10k,跌落前,跌落后,良好電磁屏蔽的關(guān)鍵因素,屏蔽體 導電連續(xù),沒有穿過屏 蔽體的導體,屏蔽效能高的屏蔽體,不要忘記： 選擇適當?shù)钠帘尾牧?你知道嗎： 與屏蔽體接地與否無關(guān),實際屏蔽體的問題,通風口,顯示窗,鍵盤,指示燈,電纜插座,調(diào)節(jié)旋鈕,實際機箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙通風口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線等,電源線,縫隙,遠場區(qū)孔洞的屏蔽效能,L,L,SE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2,H,孔洞在近場區(qū)的屏蔽效能,若ZC

17、 （7.9/Df）：（說明是電場源） SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) ) 若ZC （7.9/Df）：（說明是磁場源） SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：對于磁場源，屏效與頻率無關(guān),縫隙的泄漏,低頻起主要作用,高頻起主要作用,縫隙的處理,電磁密封襯墊,縫隙,電磁密封襯墊的種類,金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的) 導電橡膠(不同導電填充物的) 指形簧片(不同表面涂覆層的) 螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的) 導電布,指形簧片,螺旋管電磁密封襯墊,電磁密封襯墊的主要參數(shù)

18、,屏蔽效能 (關(guān)系到總體屏蔽效能) 回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距） 最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量） 最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量） 壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開關(guān)次數(shù)） 電化學相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性,電磁密封襯墊的安裝方法,絕緣漆,環(huán)境密封,不同金屬之間發(fā)生腐蝕,腐蝕加重,截止波導管,損耗,頻率,fc,截止頻率,頻率高的電磁波能通過波導管，頻率低的電磁波損耗很大！工作在截止區(qū)的波導管叫截止波導,截止區(qū),截止波導管的屏效,截止波導管 屏蔽效能,反射損耗： 遠場區(qū)計算公式 近場區(qū)計算公式,吸收損耗 圓形截止波導： 32 t / d 矩形截止波導： 27.2 t / l,孔洞計算屏

19、蔽效能公式,截止波導管的損耗,截止波導管的設(shè)計步驟,孔洞的泄漏不能滿足屏蔽要求SE,確定截止波導管的截面形狀,確定要屏蔽的最高的頻率 f,確定波導管的截止頻率 fc,計算截止波導管的截面尺寸,由SE 確定截止波導管的長度,5f,顯示窗/器件的處理,隔離艙,濾波器,屏蔽窗,濾波器,操作器件的處理,屏蔽體上開小孔,屏蔽體上栽上截止波導管,用隔離艙將操作器件隔離出,通風口的處理,穿孔金屬板,截止波導通風板,貫通導體的處理,屏蔽電纜穿過屏蔽機箱的方法,在內(nèi)部可將電纜延伸,表面做導電清潔處理，保持360度連接 注意防腐,屏蔽互套,屏蔽體邊界,屏蔽電纜,與電纜套360度搭接,搭接,電子設(shè)備中，金屬部件之間

20、的低阻抗連接稱為搭接。例如： 電纜屏蔽層與機箱之間搭接 屏蔽體上不同部分之間的搭接 濾波器與機箱之間的搭接 不同機箱之間的地線搭接,搭接不良的濾波器,濾波器接地阻抗,預期干擾電流路徑,實際干擾電流路徑,搭接不良的機箱,V,I,航天飛行器上的搭接阻抗要小于2.5m,搭接阻抗的測量,機柜,搭接阻抗,頻率,寄生電容,導線電感,并聯(lián)諧振點,V,I,Z = V / I,不同的搭接條,頻率不同搭接方式不同,搭接面的腐蝕,I,IV,III,II,搭接點的保護,第四章 干擾濾波技術(shù),干擾濾波在EMC設(shè)計中作用 差模干擾和共模干擾 常用濾波電路 怎樣制作有效的濾波器 正確使用濾波器,濾波器的作用,信號濾波器,電

21、源濾波器,切斷干擾沿信號線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護,滿足電源線干擾發(fā)射和抗擾度要求,滿足抗擾度及設(shè)備輻射發(fā)射要求,信號線濾波器,干擾源,電纜是主要輻射源,用濾波消除輻射,共模和差模電流,共模/差模干擾的產(chǎn)生,V,V,ICM,ICM,ICM,IDM,濾波器的共模插損,IL = U1 / U2,濾波器的差模插損,IL = U1 / U2,干擾濾波器類型,C,T,L,反,濾波器的級數(shù)越多越好嗎,增加級數(shù),降低截止頻率,原濾波器,f1,器件數(shù)與插入損耗的關(guān)系,20,40,60,80,100,fc 10fc 100fc 1000fc,5階 4階 3階 2階 1階,20N/十倍頻程

22、 6N/倍頻程,插入損耗,dB,確定濾波器階數(shù),50 100,欲衰減20dB,4 6=24 20 至少4階濾波器,10 100,1 20 = 20 1階濾波器就可以了 為了保險，可用2階,欲衰減20dB,L、C的數(shù)值決定截止頻率,階數(shù)決定過渡帶的陡度,根據(jù)阻抗選用濾波電路,規(guī)律：電容對高阻，電感對低阻,插入損耗的估算,Fco = 1/(2 Rp C,ZL,Zs、ZL并聯(lián),C,IL = 20 lg(CRp,IL,IL = 20 lg(L/Rs,Fco = Rs/(2 L,Zs、ZL串聯(lián),Zs,L,Zs,ZL,電路阻抗對濾波特性的影響,三端電容,鐵氧體,器件參數(shù)的確定,L,C,R,R,L = R

23、/ 2FC C = 1 / 2RFC 對于T形（多級T）和 形（多級）電路，最外邊的電感或電容取 L/2 和 C/2，中間的不變,一個干擾的例子,RS105，脈沖電磁場試驗,消除干擾的措施與結(jié)果,共模濾波電容,濾波的測試結(jié)果,濾波的軟件仿真結(jié)果,實際電容器的特性,ZC,實際電容,理想電容,f,1/2 LC,C,L,R,電感,電阻,表面貼裝電容的阻抗特性,溫度對陶瓷電容容量的影響,0.15,0.15,0,55,125,5,15,0,55,125,10,5,COG,X7R,60,20,30,90,30,0,Y5V,30,C,C,C,電壓對陶瓷電容容量的影響,COG,X7R,Y5V,20,0,20,

24、40,60,80,0 20 40 60 80 100 %額定電壓（Vdc,C,實際電感器的特性,ZL,理想電感,實際電感,f,1/2 LC,L,C,電感寄生電容的來源,每圈之間的電容 CTT 導線與磁芯之間的電容CTC,磁芯為導體時，CTC為主要因素， 磁芯為非導體時，CTT為主要因素,克服電容非理想性的方法,衰減,電容并聯(lián) LC并聯(lián) 電感并聯(lián),小電容,大電容,并聯(lián)電容,頻率,大容量,小容量,三端電容器的原理,引線電感與電容一起構(gòu)成了一個T形低通濾波器 在引線上安裝兩個磁珠濾波效果更好,地線電感起著不良作用,三端電容與普通電容的比較,三端電容的正確使用,接地點要求： 1 干凈地 2 與機箱或其

25、它較大 的金屬件射頻搭接,貼片三端電容,三端電容器的不足,寄生電容造成輸入端、輸出端耦合,接地電感造成旁路效果下降,穿心電容更勝一籌,金屬板隔離輸入輸出端,一周接地電感很小,穿心電容的特性,穿心電容、饋通濾波器,以穿心電容為基礎(chǔ)的饋通濾波器廣泛應用于RF濾波,饋通濾波器使用注意事項,必須安裝在金屬板上，并在一周接地 最好焊接，螺紋安裝時要使用帶齒墊片 焊接時間不能過長 上緊螺紋時扭矩不能過大,線路板上使用饋通濾波器,線路板地線面,上面,底面,磁芯對電感寄生電容的影響,鐵粉芯 C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 鐵氧體（錳鋅） C = 51pf C = 49pf 4,減小電感寄生

26、電容的方法,然后： 起始端與終止端遠離（夾角大于40度） 盡量單層繞制，并增加匝間距離 多層繞制時， 采用“漸進”方式繞，不要來回繞 分組繞制 （要求高時，用大電感和小電感串聯(lián)起來使用,如果磁芯是導體，首先： 用介電常數(shù)低的材料增加繞組導體與磁芯之間的距離,共模扼流圈防止飽和,共模扼流圈中的負載電流產(chǎn)生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會飽和,有意增加漏磁， 利用差模電感,共模扼流圈的優(yōu)點,差模電感導致信號失真,共模電感不影響信號,電感磁芯的選用,鐵粉磁芯：不易飽和、導磁率低，作差模扼流圈的磁芯,鐵氧體：最常用,錳鋅：r = 500 10000，R = 0.1100m,鎳鋅：r = 10 100，R

27、= 1k 1Mm,超微晶：r 10000，做大電感量共模扼流圈的磁心,各種鐵氧體磁芯,電感量與飽和電流的計算,S,D1,D2,飽和電流： Imax = Bmax S (D1-D2)/2L,電感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2,電感量,廠家手冊給出,廠家經(jīng)常給出每匝的電感量“AL”，則 L （nH）= AL N2,干擾抑制用鐵氧體,鐵氧體電感高頻時成為電阻,鐵氧體電感（高損耗,空心電感（高Q,不同材質(zhì)的鐵氧體有不同的頻率特性,偏置電流對阻抗的影響,鐵氧體次環(huán)作共模扼流圈使用,貼片電感的阻抗,貼片電感的濾波效果,貼片電感的濾波效果,注意頻率特性,低通濾波器對脈

28、沖信號的影響,信號濾波器的安裝位置,板上濾波器,無屏蔽的場合,濾波器靠近被濾波導線的靠近器件或線路板一端,有屏蔽的場合：在屏蔽界面上,板上濾波器的注意事項,濾波器要并排安裝,線路板的干凈地與金屬機箱或大金屬板緊密搭接,為濾波設(shè)置干凈地,在接口處設(shè)置檔板,濾波器靠近接口,面板上濾波的簡易（臨時）方法,容量適當?shù)拇善娙莼颡毷娙?，引線盡量短,電纜濾波的方法,屏蔽盒,饋通濾波器,連接器,濾波連接器 雖然是最佳 選擇，但是 當空間允許 時，也可以 這樣,平板濾波陣列,用于制造濾波連接器,面板安裝濾波器注意事項,濾波器與面板之間必須使用電磁密封襯墊,使用形濾波器的注意事項,濾波器接地阻抗,預期干擾電流

29、路徑,實際干擾電流路徑,對接地沒有把握時，避免使用形濾波器,電源線濾波器的基本電路,共模扼流圈,差模電容,共模電容,共模濾波電容受到漏電流的限制,注意濾波器的高頻特性,高頻濾波性能的重要性,濾波器高頻性能差,濾波器高頻性能好,無濾波,改善濾波器高頻特性的方法,或,精心繞制或多個電感串聯(lián),注意插入增益問題,0,10,50 / 50,100 / 0.1 或,0.1 / 100,頻率,插入損耗,解決辦法：差模電感上并聯(lián)電阻（50 1k)，差模電容上串聯(lián)電阻（0.5 10,插入增益現(xiàn)象,串聯(lián)諧振導致插入增益,V,QV,QV,插入增益的對策,V,選擇濾波器的保險方法,濾波器,0.1,100,濾波器,0.

30、1,100,0,衰減,50條件下的插入損耗,0.1/100條件下的插入損耗,插入損耗增益會暴露出來,器件距離對高頻性能的影響,濾波器安裝在線路板的問題,機箱內(nèi)干擾,電源線泄漏嚴重,線路板上濾波的改進方法,機箱內(nèi)干擾,被濾波器擋住,被濾波器旁路掉,面板濾波器,電源線無泄漏,電源線濾波器的錯誤安裝,PCB,濾波器,濾波器,輸入線過長,輸入、輸出耦合,PCB,電源線濾波器的錯誤安裝,濾波器,絕緣漆,PCB,濾波器通過細線接地，高頻效果很差,接地線,濾波器的正確安裝,濾 波 器,PCB,濾波器直接接地盡量短 輸入、輸出線隔離,濾波器安裝在線路板上時，在電源線入口處增加一只高頻共模濾波器,電源,PCB,

31、濾波電路,110VAC,使用交流濾波器的問題,為什么信號濾波器容易損壞,220VAC,110VAC,機箱浮地 沒問題,220VAC,全部浮地 沒問題,220VAC,全部接地 沒問題,220VAC,第五章電纜的EMC設(shè)計,電纜輻射 場在導線中感應的噪聲 電纜之間的串擾,第六部分電纜的EMC設(shè)計,電纜輻射 場在導線中感應的噪聲 電纜之間的串擾,外拖電纜的共模輻射,I2,CP,I3,I1,CP,盡管共模成份的比例很小，但是由于輻射環(huán)路大， 仍然是主要的輻射因素,無關(guān)”的電纜也輻射,地線也輻射,不接地線,接上地線,你喜歡 電纜屏蔽層接地嗎 ,無關(guān)電纜輻射機理,VCM,機箱內(nèi)的所有信號都會通過電纜輻射,

32、電纜輻射機理的總結(jié),電 纜 輻 射,差模輻射,共模輻射,差模電流轉(zhuǎn)變?yōu)楣材ｋ娏?信號地上共模電壓導致共模電流,臨近電路的耦合產(chǎn)生共模電壓，進而導致共模電流,工作電流回路形成的環(huán)路天線,電纜差模輻射的對策,同軸電纜,扁平電纜,雙絞線,電纜共模輻射的對策,減小共模電流 回路面積,減小 共模電流,增加共模電流回路的阻抗,共模電流濾波,減小共模電壓,屏蔽電纜,電纜靠近地線面,線路板,屏蔽,其它,電纜共模輻射的對策,減小共模電流 回路面積,減小 共模電流,增加共模電流回路的阻抗,共模電流濾波,減小共模電壓,屏蔽電纜,電纜靠近地線面,線路板,屏蔽,其它,降低電纜輻射的方法,I2,CP,I3,I1,CP,通

33、過額外的地線板減小共模電流的回路面積,屏蔽電纜抑制共模輻射的本質(zhì),CM,CM,DM,思考題16：用屏蔽的方法減小信號電纜的輻射時，最關(guān)鍵的因素是什么,不完整的屏蔽電纜,CM,CM,CM,CM,DM,屏蔽電纜的評估,CM,CM,DM,V,輻射環(huán)路,V,I,ZT = V / I,不同屏蔽層的傳輸阻抗,102 103 104 105 106 107 108,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,傳輸阻抗（m /m,Hz,鋁箔,單層編織,最佳單層編織,雙層編織,雙層編織 + 一層金屬,雙層編織 + 雙層金屬,實心銅,屏蔽層的錯誤接法,思考題17：什么情況下屏蔽電纜的輻射

34、比非屏蔽電纜輻射更強，為什么,D型連接器的屏蔽層搭接,圓形連接器屏蔽層搭接,接線端子上的屏蔽電纜,盡量減小小辨接法的危害,電纜共模輻射的對策,減小共模電流 回路面積,減小 共模電流,增加共模電流回路的阻抗,共模電流濾波,減小共模電壓,屏蔽電纜,電纜靠近地線面,線路板,屏蔽,其它,共模電流主要由寄生電容產(chǎn)生,線路板接地,線路板不接地,CP較大,CP較小,頻率MHz,共模 電流,增加共?；芈返淖杩?PCB,PCB,共?；芈?思考題18：共模扼流圈的效果與什么因素有關(guān),鐵氧體效果的估算,設(shè)原來電纜形成的共?；芈纷杩篂閆CM1，鐵氧體的阻抗為ZL 改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg

35、( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB,鐵氧體磁環(huán),干擾抑制用鐵氧體,不同磁導率的鐵氧體阻抗特性,i = 700,i = 4000,鐵氧體的安裝方法,盡量靠近電纜端頭,匝數(shù)多,匝數(shù)少,頻率,衰減,整根電纜穿過,內(nèi)徑盡量小 長度盡量大 壁厚盡量大,電纜共模輻射的對策,減小共模電流 回路面積,減小 共模電流,增加共模電流回路的阻抗,共模電流濾波,減小共模電壓,屏蔽電纜,電纜靠近地線面,線路板,屏蔽,其它,用濾波消除輻射,第六部分電纜的EMC設(shè)

36、計,電纜輻射 場在導線中感應的噪聲 電纜之間的串擾,處于電磁場中的電纜,信號線和回流線在一根電纜中,用地線面作回流線,共模電流,差模電壓,不平衡,直接產(chǎn)生差模電壓,S,h,電磁場在電纜上的感應電壓,10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz,0,10,20,30,40,50,1,2,3,A,B,C,D,E,h = 0.5m S: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m,與 S、h 無關(guān),dBV,1V/m場強產(chǎn)生的電壓,平衡電路的抗干擾特性,電磁場,V1,V2,I1,I2,VD,平衡性好壞用共模抑制比表示： CMRR

37、= 20lg ( VC / VD,VC,高頻時，由于寄生參數(shù)的影響，平衡性會降低,提高共模干擾抑制的方法,平衡電路,屏蔽電纜,共模扼流圈,平衡電路,CMRR,CMRR,f,f,非平衡轉(zhuǎn)換為平衡,屏蔽電場,0V,電纜長度 /20，單點接地,電纜長度 /20，多點接地,磁場對電纜的干擾,VN,VN ( d / dt ) = A ( dB / dt,磁通,回路面積A,感應電壓,當面積一定時,減小感應回路的面積,理想同軸線的信號電流與回流等效為在幾何上重合，因 此電纜上的回路面積為0，整個回路面積僅有兩端的部分,屏蔽電纜減小磁場影響,VS,VS,VS,只有兩端接地的屏蔽層才能 屏蔽磁場,抑制磁場干擾的

38、試驗數(shù)據(jù),100,1M,1M,1M,100,100,每米18節(jié),A,B,D,E,C,0,27,13,13,28,1M,1M,100,100,抑制磁場干擾的實驗數(shù)據(jù),100,1M,1M,1M,100,100,每米18節(jié),F,G,I,J,H,80,55,70,63,77,1M,1M,100,100,C與D的實驗數(shù)據(jù)說明,設(shè)：總電磁場為1000，其中磁場為999，電場為1， 雙絞線的磁場抑制效果為：20lg(1000/230) 13 dB 單端接地的屏蔽層的效果：20lg(230/229) 0 dB,雙絞線,單端接地屏蔽層,G與H的實驗數(shù)據(jù)說明,設(shè)：總電磁場為1000，其中磁場為999，電場為1，

39、雙絞線的磁場抑制效果為：20lg(1000/1.3) 58 dB 單端接地的屏蔽層的效果：20lg(1.3/0.3) 13 dB,雙絞線,單端接地屏蔽層,第六部分電纜的EMC設(shè)計,電纜輻射 場在導線中感應的噪聲 電纜之間的串擾,導線之間兩種串擾機理,M,C,IC,IC,IL,IL,R0,RL,R2G,R2L,耦合方式的粗略判斷,ZSZL 10002： 電場耦合為主 3002 ZSZL 10002：取決于幾何結(jié)構(gòu)和頻率,電容耦合模型,C12,C1G,C2G,R,C1G,C2G,C12,R,VN,V1,V1,j C12 / ( C12 + C2G,j + 1 / R ( C12 + C2G,V1,

40、VN,耦合公式化簡,R 1 / j ( C12 + C2G,j C12 / ( C12 + C2G,j + 1 / R ( C12 + C2G,V1,VN,VN = j R C12 V1,R 1 / j ( C12 + C2G,VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ),電容耦合與頻率的關(guān)系,耦合電壓,VN = j RC12V1,C12V1,C12 + C2G,VN,1 / R (C12 + C2G,頻率,屏蔽對電容耦合的影響全屏蔽,屏蔽層不接地：VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CSG ) ，與無屏蔽相同 屏蔽層接地時：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效

41、果,C1s,C1G,CsG,C1G,CSG,C1s,Vs,V1,V1,Vs,C2S,部分屏蔽對電容耦合的效果,R 很大時：VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ),C1s,C1G,CsG,CSG,C1s,VN,V1,V1,VN,C2S,C12,C12,C2G,R 很小時：VN = jRC12,互電感定義與計算,定義： 自感L 1 / I1 ， 互感 M 12 / I1,1 是電流I1在回路1中產(chǎn)生的磁通， 12 是電流I1在回路2中產(chǎn)生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2,減小M的方法：回路1用雙絞線或同軸線，減小回路2的

42、面積，增加兩 個回路的距離,電感耦合,M,R2,R,R1,R,R2,VN d12 / dt = d(MI1)/dt = M dI1 / dt,R1,I1,VN,I1,VN,V1,V1,電感耦合與電容耦合的判別,IN = j C12V1,R2,R1,V,V,VN = j M12 I1,R2,R1,電容耦合,電感耦合,非磁性屏蔽對電感耦合的影響,I1,M1S,M12,關(guān)鍵看互感是否由于屏蔽措施而發(fā)生了改變,雙端接地屏蔽層的分析,M1S,M12,MS2,V12,VS2,導體1,導體2,屏蔽體,V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2,I1,IS,求解這

43、項,VS2項求解,LS = / IS MS2 = / IS 因此：LS = MS2,導體2,屏蔽層,VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS V S / ( jLS+RS ) = VS j / ( j+RS/LS,屏蔽后的耦合電壓,VN = V12 + VS2,V12 = j M12I1 VS = j M1SI1 因為：M12 = M1S 所以：VS = j M12I1 所以：VS2 = j M12I1 j / ( j+RS / LS,VN = V12 - V12 j / ( j+RS / LS) = V12 (RS / LS) / ( j+RS /

44、 LS,V12,屏蔽層的磁場耦合屏蔽效果,VN M12 I1（Rs / Ls,VN j M12 I1,VN,Rs / Ls,無屏蔽電纜,屏蔽效能,屏蔽電纜,lg,第七章 PCB的電磁兼容設(shè)計,線路板上的電磁兼容問題,線路板的輻射 外界電磁場對線路板的干擾 地線和電源線噪聲 地線引起的公共阻抗耦合 走線之間的串擾 信號的反射（傳輸線效應,走線是主要輻射源,地線和電源線上的噪聲,Q1,Q2,Q3,Q4,R4,R2,R3,R1,VCC,被驅(qū)動電路,ICC,I驅(qū)動,I充電,I放電,Ig,Vg,電源線、地線噪聲電壓波形,輸出,ICC,VCC,Ig,Vg,地線干擾對電路的影響,1,3,2,4,寄生電容,線

45、路板走線的電感,L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H,W,S,L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2,M,I,I,地線網(wǎng)格,電源線噪聲的消除,電源線電感L, V =L(di/dt,儲能電容,這個環(huán)路盡量小,電源解耦電容的正確布置,盡量使電源線與地線靠近,解耦電容的選擇,C,dI dt,dV,Z,f,1/2 LC,各參數(shù)含義： 在時間dt內(nèi)，電源線上出現(xiàn)了瞬間電流dI，dI導致了電源線上出現(xiàn)電壓跌落dV,增強解耦效果的方法,電源,地,鐵氧體,注意鐵氧體安裝的位置,接地線面,細線,粗線,用鐵氧體增加電源端阻抗,用細線增加電源端阻抗,有效濾波的例子,普通電容（1,三端電容（0.1,三端電容 + 鐵氧體,注意位置,多個電容改善解耦效果,電源面與地線面之間也有電容,選擇合適的電容種類,插線電容