电磁兼容性EMC讲课基本内容第二讲.ppt
电磁兼容（EMC）技术讲座,主讲 质量技术中心 杨邦荣,CombaTELECOM SYSTEMS,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,第二讲 EMC设计、工艺技术基本要点和 问题处理流程,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,1.系统/设备方案设计1)确认需要满足的电磁兼容技术标准；2)采用通过安规和EMC认证的模块电源；3)选定箱体结构形式：19”标准机柜U型单元、铝压铸机箱、铝型材机箱，尽可能 不采用板金装配结构机箱；4)电路中尽量避免使用高速脉冲信号，对干扰源电路，高敏感电路采用特殊的隔 离措施，如局部屏蔽，滤波等；必要时，可以使用隔离变压器，光耦合器件、电容耦合和继电器隔离措施，把可能引入或引出的共模干扰或危险电压隔离在 敏感电路或安全电路之外。5)尽量使用大规模集成电路和贴装元器件，减少插孔元器件，以便提高抗扰能力 和减小干扰发射；6)对射频端口、电源端口采取有效的防护措施，如串联正温度系数热敏电阻，并联放电管（避雷器）、压敏电阻等；,屏蔽、滤波、接地三大要素,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,1.系统/设备方案设计7)内部电路的接地方式，不同性质的电路用不同的地线，处理好信号传输地、电源地、机箱地和保护地之间的关系。信号传输地，如射频电缆的外导体（屏蔽层）、同轴连接器的外导体（护套）、PCB设置的工作地等；电源地，如AC220V的N极（零线或中线）、-48V的正极、+24V 的负极；机箱地就是金属外壳，保护地就是真正的大地，它是通过机箱或机柜上设置 的接地端子与实验室或机房里的接地铜条（排）可靠的导电连接。对于交流供电设备，电源线的地线E极（黄绿双色线）要与保护地可靠连接；三极 放电管（避雷器）的地端子要与保护地可靠连接。保护接地端子与机箱金属外壳的接 地电阻0.1。传输地、电源地、保护地是通过金属箱体（或机柜汇流条）汇接在一起，最终汇接 到实验室或机房的接地铜条（排）上。接地线应采用多股铜线或网状编织铜线。8)将高频、低频，数字、模拟，输入、输出，强信号、弱信号，电源等分开走向和布 放。各类信号不要安排在同一接口，合理安排间隔距离。按信号传输流程按前后顺序 布放，不要来回交叉，防止高、低频信号，强、弱信号，电源线之间的相互串扰。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,2.结构设计和安装1)首先确定屏蔽箱体的材料，如果没有低频（1KHz以下）磁场的屏蔽要求，可选用 钢、铝、铜；如果有，应采用高导磁率的材料，如坡莫合金；2)机箱上需要低阻抗搭接的部位（如屏蔽体的接缝，静电放电电路的路径，滤波器的接 地，系统公共地线等），对于永久性连接，最好是焊接，对于长缝隙要连续焊接；对 于非永久性搭接，应采用电磁密封衬垫，并保证表面的导电性能，如机箱盖；3)对于恶劣环境（如潮湿、盐雾、尘埃等）应采用环境密封措施（按GB4208外壳防护 等级即IP代码，如IP65、IP68等级）；4)电源滤波器安装时接地良好，外壳应直接搭接在金属机箱上。电源进线尽量短，采用 双芯屏蔽电缆，屏蔽层要可靠接地，避免输入输出端空中耦合（把滤波器旁路了）。5)机箱上的缝隙或孔尽量远离辐射源（如电缆、连接器、线路板等）或敏感电路，不能 有任何金属物体直接穿过机箱；6)如果避免不了通风口、显示窗口，则应采用电磁密封衬垫；7）机箱内模块布局合理，按信号的传输流程依次排列，上一个模块的输出端口紧靠下 一个模块的输入端口，尽可能缩短之间的连接电缆；8)箱体上必须有可靠的接地装置，并有正确的标识，接地电阻0.1。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,3.电路与PCB设计1)综合考虑EMC要求和成本，尽量采用多层线路板，设置一层地线面，将不同性质的电 路分别布置在线路板的不同区域，使干扰电路与敏感电路远离；2)不同区域、不同性质的电路用不同的地线和电源，如DC 26V、5V、9V、12V，进入工 作电路之前应加去耦电路或分配电路；3)对于多层板，要使高速信号，高敏感信号与地线层相邻布置，对于多层板，不同区域 的地线面边缘要满足20H法则（即地线面的边沿要比电源层或信号线层的边沿外延出 20，是地线面与信号线层之间的高度）。4)充分考虑器件在线路板上的位置和方向，引出线尽可能短，不要来回兜圈。5)对于多层板专门设置的地线面、电源面，要保证它们的完整性。需避免地线面上有长缝 隙（不包括为了分割不同地线而有意设置的缝隙），如果有长缝隙，不能有信号线穿 过。6)信号的回路面积尽量小，在关键信号线（高频或敏感的信号）的临近设置回流线（信号 地线）。对于多层板，信号层必须邻近地平面层或电源平面层布放。7)如果采用双层板，必须设置地线网格（A面打上横线，B面打上坚线，通过金属化过孔连 接起来，作为地线使用）。8)高速脉冲信号线要尽量短，并且不要换层布线，拐角不要小于90度，以避免阻抗发生突 变，造成信号反射；高速脉冲电路尽量远离I/O端口，防止高频信号耦合到电缆上，借助 电缆产生共模辐射。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,3.电路与PCB设计9)在I/O区域将传输地与机壳以非常低的阻抗连接起来，I/O接口上使用独立的地线，这块 独立的地线与线路板上的其它部分地线仅通过一点连接，这块地专门为滤波和屏蔽层 提供干净地。10)安装在线路板上的I/O接口滤波器，要尽量靠近电缆进出口，使滤波器与电缆连接器之 间的连线最短。11)输入端口和输出端口要分别设置在PCB的左、右侧或上、下侧。12)接口电路应采用敏感度为3级（静电损伤阈值4000V）或不敏感的元器件；如果不能 满足上述条件，则应输入输出接口电路上采取保护措施，设置串联电阻、分流器、箱 位器件、TVS等保护器件，这些保护器应紧靠相应的连接器。13)对于NMOS、CMOS等静电敏感器件，禁止布放在单板的边缘区域。CMOS器件有不 用的输入端引线不允许悬空。14)相互之间具有很多互连线的元器件应尽可能彼此靠近。I/O器件和I/O连接器应尽量接 近。安装在PCB上具有金属外壳的元器件，其金属外壳必须就近可靠接地，或是保护 地，或是信号传输地，优先考虑保护地。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,4.电缆和连接器 为了满足EMC的要求，电缆和连接器的选择十分重要。要知道，电缆和连接器对于高频信号就是一根发射天线或接收天线，因此在考虑性价比的同时，要充分考虑到它的性能。通常用的电缆有同轴电缆、双绞线和扁平电缆。在设计和制作工艺过程中，特别注意：1)扁平电缆主要用于短距离的信号传输，尽量在每根信号线旁边配一根地线，条件不允许时，每两根信号线配一根地线；2)情况允许时，使用双绞线。双绞线有屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线，最好不用非屏蔽双绞线。使用屏蔽双绞线时，注意屏蔽层接地；露出的线头尽可能短；3)高频信号的传输，应采用同轴电缆和同轴连接器，它具有良好的屏蔽性能。使用同轴电缆 时，外层的两端通过同轴连接器可靠接地，不要形成除了外层以外的第二条回流路径；4)电缆的屏蔽层与屏蔽机箱要360度搭接；5)对于设备外部的电缆，确保屏蔽层与屏蔽机箱之间的低阻抗搭接；三芯电源线的地线E（黄 绿双色线）要与保护地（实际上的金属箱体）可靠连接。6)不要将性质不同的信号线安排一个连接器或电缆中，按高频、低频，强电、弱电，模拟、数 字等级分别设计和使用。平衡式的连接器其金属屏蔽外壳要可靠接地。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,5.附件（供参考）1)电源线上干扰的类型 电源线上的干扰电流按照其流动路径可以分为两类，一类是差模干扰电流，另一类是 共模干扰电流。差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰电流是在火 线、零线与大地（基其它参考物体）之间流动的干扰电流，如图1、图2所示。由于这两种 干扰的抑制方式不同，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,5.附件2)电源线滤波器的基本原理,图3电源线滤波器的基本电路,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,图4共模扼流圈的结构,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,1.设计、工艺技术基本要点,电源线滤波器是由电感和电容组成的低通滤波，它允许直流或50Hz的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此电源线滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。滤波器的基本电路如图3所示。图3中，C1C2是滤除共模干扰用的电容，一般称为Y电容；而C3C4的作用是滤除差模干扰信号，一般称为X电容；L是电感线，一般绕制成共模扼流圈的形式。共模扼流圈的绕法如图所示，从图4中可以看出，当负载电流流过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上的线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。因此即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。而对于共摸干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会有较大的电感，从而起到衰减干扰信号的作用。图3中的地线一般是金属机箱，当设备的机箱不是金属材料时，滤波器的地线一般与安全地相连，但由于安全地的阻抗很大，滤波器对共模干扰的衰减效果将大大降低。,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,2.EMC问题处理流程,常见电磁兼容问题,在用电缆的问题,电源线,安装电源线滤波器,有滤波器,A,C,A,B,A,B,机箱辐射骚扰过强,机箱辐射抚扰度过低,电源传导骚扰过强,传导抚扰度过低,电路模块之间相互干扰,拔掉设备工作时不必要的电缆,电缆传导问题,有所改善,无改善,无改善,电缆问题,机箱问题,信号线,检查电源线滤波器,没有滤波器,干扰通过空间耦合进入机箱，对电路造成干扰,对模块进行屏蔽、隔离，互联导线经过滤波或屏蔽,隔离两个模块的地线和电源线，单点接地，分别供电，加强去耦,干扰通过电缆耦合,通过机箱薄弱环节耦合,电源线,信号线,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,2.EMC问题处理流程,A,B,换用高屏蔽性能电缆和连接器，并使用电缆屏蔽层与机箱之间360度搭接,改善屏蔽层端接,通风孔小于/100，必要时使用截止波导通风板,显示窗用透明屏蔽材料屏蔽，或用隔离舱与辐射源电路隔离,机盖、面板上增加紧固件密度和接触面的平整程度,机盖、面板使用电磁密封衬垫（导电布衬垫、金属丝网、指形簧片、导电橡胶）,永久性接缝要连续焊接,开口,缝隙,电缆处理,金属机箱处理,电磁兼容性（EMC）讲课基本内容,2.EMC问题处理流程,改善滤波器的安装（接地、输入/输出隔离、输入线尽量短）,C,更换高频性能更好的滤波器,在电源线入口处使用共模滤波器网络,检查是否与信号电缆之间存在耦合，如果有应对信号电缆进行处理,使用电源滤波器,A,
