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1、电子电路仿真与电磁兼容电子电路仿真与电磁兼容结课报告 PCB电磁兼容技术应用摘要：电磁环境日益复杂的今天，除电磁环境会对人类生产产生积极影响外，电力电子技术的进步以及社会生活的逐步发展还会对人类生活乃至人类的社会活动产生影响。因此，探讨电磁环境与电工电子学的关系极为重要，世界各国都已经投入较多的人力物力，积极从事电磁兼容技术这方面的研究。本次报告以汽车电子行业为例，介绍电磁兼容技术及其标准，介绍PCB过程中应用到的电磁兼容知识。通过汽车车速传感器应用，汽车车在音响，汽车电源，汽车智能照明控制系统，汽车轮胎检测系统等实例，说明PCB电磁兼容技术在汽车电子行业的应用。通过简介明了的语言和较为全面的
2、较少方式，说明PCB电磁兼容技术的应用和重要原理与技巧。同时，不仅仅是汽车电子行业，各行各业，各种产品，都应当在设计的过程中考虑好EMC问题。针对不同类型的干扰采取相应的措施来抑制，然后给出设计产品PCB的布局及布线原则以满足电磁兼容性能的要求。关键词：电磁兼容技术、PCB、EMC检测、汽车电子目录摘要：11.引言31.1背景31.2电磁兼容技术在汽车电子行业的意义32.电磁兼容（EMC）32.1电磁兼容概述及发展32.2电磁兼容性的基本概念42.3电磁干扰的三要素52.4电磁兼容研究的主要内容及原则52.5消除或减小电磁干扰常用技巧63.PCB技术73.1.PCB技术概述73.2PCB中常见
3、的电磁干扰类型83.3PCB抗干扰措施94.EMC认证标准104.1EMC认证标准概述104.2EMC标准104.3我国汽车电子行业EMC标准现状115、EMC检测国内外对125.1国外汽车电磁兼容研究概况125.2国内汽车电磁兼容研究概况136. 检测工具及方法（以华阳通用电子有限公司为例）146.1ISO系统146.2 ISO系统设备介绍146.3 BCI系统方案186.4 ESD系统方案207.PCB电磁兼容技术应用实例-以汽车电子行业为例217.1汽车电子概述217.2汽车电子的电磁兼容性检测227.3汽车电子电磁兼容技术应用实例（以车速传感器为例）237.3.1 车速传感器237.4
4、对汽车电子中PCB电磁兼容技术应用的小结26结束语271.引言1.1背景电和磁这两种客观存在，但又看不见摸不到的物质已经充斥于我们生活的各个角落，无时无刻不在影响着人们的生产和生活。电磁能得广发应用，是工业技术的发展日新月异。电磁能在为人类创造巨大财富的同时，也带来异一定的危害，被称为电磁污染，这也是环境保护研究的一个重要分支。电磁产生的一些列问题影响生产和生活，对电磁的研究也开始开展。不断研究解决电磁环境中设备之间以及系统之间相互关系的问题，促进了电磁兼容技术的迅速发展。就电磁环境与人类的关系而论，除电磁环境会对人类生产产生直接影响，电力电子技术的进步以及社会生活的逐步发展还会对人类生活乃至
5、人类的社会活动产生影响。因此，探讨电磁环境与电工电子学的关系极为重要，世界各国都已经投入较多的人力物力，积极从事这方面的研究。1.2电磁兼容技术在汽车电子行业的意义汽车电子是车体汽车电子控制装置的总称，是由传感器、微处理器MPU、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统。随着汽车自动化程度的日益提高以及汽车科技的发展，部分机械系统将逐步被电子系统所取代，如今汽车的电子部件成本已经超过了汽车中称本的1/3。这样的形式对汽车电子的电磁兼容性能提出了很大的挑战。可是目前很多公司都是在前期设计阶段没有考虑电磁兼容方面问题，往往是在在产品样机出来再进行EMC模拟测试，如果这时测试通过，则
6、是比较幸运的。但很不幸的是，大多数情况下是不能测试通过的，这时出了问题进行整改并需要对产品重新设计，常常会要进行较大改动。这个阶段产品电磁兼容出现问题原因比较多，如果是因为屏蔽问题往往会涉及结构模具改动，如果因为接口滤波问题就会对产品原理图进行改动，同时导致PCB 的重新设计，还有可能会因为系统接地问题，那就会对整个产品系统重新做调整，重新设计。避免这种情况的最佳做法是：把电磁兼容问题在产品设计前期解决！设计师应当针对可能出现的不同类型的干扰采取相应的措施来抑制，然后给出设计产品PCB的布局及布线原则以满足电磁兼容性能的要求。2.电磁兼容（EMC）2.1电磁兼容概述及发展2.1.1电磁兼容性（
7、EMC）：电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。主要包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。2.1.2我国电磁兼容技术发展状况电磁兼容是一门新兴的综合性学科。电磁兼容学科主要研究的是如何使在同一电磁环境下工作的各种电气电子设备和元器件都能正常工作，互不干扰，达到兼容状态。我公司的电磁兼容研究主要针对电气电子设备，同时也涉及到如生
8、产中的静电放电、电磁辐射对人体的影响等方面。1833年法拉弟发现电磁感应定律，指出变化的磁场在导线中产生感应电动势。1864年麦克斯韦引入位移电流的概念指出变化的电场将激发磁场，并由此预言电磁波的存在，这种电磁场的相互激发并在空间传播。正是电磁干扰存在的理论基础。20世纪初，许多学者对电磁感应影响的研究日益深入。并进一步研究感性、容性及阻性等耦合方式引起的干扰，还对辐射性干扰进行了大量研究。美国从1945年开始，颁布了一系列电磁兼容方面的军用标准和设计规范，并不断加以充实和完善，使得电磁兼容技术得到快速发展。进入八十年代，电磁兼容已成为十分活跃的学科领域，许多国家（美、德、英、法、日等国）在电
9、磁兼容标准与规范，分析预测、设计、测量及管理等方面均达到很高水平，有高精度的电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）自动测量系统，可进行各种系统间的EMC试验，研制出系统内和系统间的各种EMC计算机分析程序。在电磁干扰抑制技术方面，理论和实际处理方法已很完善，研制出许多专用的新材料、新的器件，并形成了一类新的EMC产业我国开展EMC工作较晚，与先进国家差距较大，尤其是管理规范和设计规范很缺乏。第一个干扰标准是1966年由原第一机械工业部制定的部级标准JB-854-66船用电气设备工业无线电干扰端子电压测量方法与允许值。八六年我国出台GJB151-86标准后，电磁兼容问题逐步得到重视， 到九七年
10、颁布并强制执行了GJB151A-97既军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求；GJB152A97既军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量电磁兼容国军标及保密委标准后，电磁兼容技术水平提高很快。目前已制定国家标准及军用标准三十余个，标准要求基本等同与国际标准和美军标。为考核进出口电子、电气产品的干扰特性提供了一定条件，使我国在电磁兼容标准与规范方面有了较大进展。近年来国家有关部门对电磁兼容十分重视，电磁兼容学术组织纷纷成立，在许多单位建立或改造了EMC实验室，引进较先进的EMI、EMS自动测量系统和设备，在各地区及一些军工系统建立了国家级EMC测量中心，已具备各种EMC测量和试验的能力。2.2电磁兼
11、容性的基本概念电磁兼容性(EMC)分为两个方面：电磁骚扰（EMI）和电磁抗扰度（EMS）电磁兼容性 EMC（Electromagnetic Compatibility） 设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致不允许的降级；也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致不允许的降级。电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference) 电磁骚扰导致电子设备相互影响，并引起不良后果的一种电磁现象。辐射发射RE (Radiated Emission) 通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。传导发
12、射CE (Conducted Emission) 沿电源或信号线传输的电磁发射。电磁敏感性 EMS（Electromagnetic Susceptibility) 设备暴露在电磁环境下所呈现的不希望有的响应程度。即设备对周围电磁环境敏感程度的度量。电磁敏感意味着电磁环境已经造成设备性能的降低。辐射敏感度RS（Radiated Susceptibility) 对造成设备性能降级的辐射骚扰场的度量。传导敏感度CS（Conducted Susceptibility) 当引起设备性能降级时，对从传导方式引入的骚扰信号电流或电压的度量。图一：电磁兼容概念关系2.3电磁干扰的三要素l 电磁干扰效应：由电磁
13、骚扰源发出的电磁能量，经过某种耦合通道传输到敏感设备，导致敏感设备出现某种形式的响应并产生效果。这一作用过程及其效果，称为电磁干扰效应。l 电磁干扰效应有三个要素，分别为：电磁骚扰源：指产生电磁骚扰的元件、器件、设备或自然现象； 耦合途径或称耦合通道：指把能量从骚扰源耦合到敏感设备上，并使该设备产生响应的媒介； 敏感设备：指对电磁骚扰产生响应的设备。所有的电磁干扰都是由上述三个因素的组合而产生的。把它们称为电磁干扰三要素。如下图所示。图2：电磁兼容三要素2.4电磁兼容研究的主要内容及原则2.4.1电磁兼容学科研究的主要内容电磁兼容学科研究的主要内容是围绕构成电磁干扰的三要素进行的，即对电磁骚扰
14、源、耦合通道和敏感设备的研究。骚扰源的研究包括其发生的机理、时域和频域的定量描述，以便从源端来抑制干扰的发射，通常采用滤波技术来限制骚扰源的频谱宽度和幅值。骚扰的耦合通道有二条：1，通过空间辐射；2，通过导线传导。辐射发射主要研究在远场条件下骚扰以电磁波的形式发射的规律以及在近场条件下的电磁耦合。通常采用屏蔽技术来阻断骚扰的辐射。传导发射讨论骚扰延导线传输的影响。通常传导发射通过公共地线、公共电源线和互连线而实现。电磁兼容的研究内容还包括电磁兼容控制技术、测量技术、分析预测等。 2.4.2电磁兼容的基本原则电子线路的电磁兼容性设计应从以下几方面考虑：元件选择在大多数情况下，电路的基本元件满足电
15、磁特性的程度将决定着功能单元和最后的设备满足电磁兼容性的程度。选择合适的电磁元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术。因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应（例如引线长度）和不同电路元件之间互相耦合的程度。 l 具体规则是：（1）在高频时，和引线型电容器相比，应优先进用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波；（2）在必须使用引线式电容时，应考虑引线电感对滤波效率的影响；（3）铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿， 因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器；（4）使用寄生电感和电容量小的电阻器。片状电阻器可用于超高频段；（5）大电感寄生电容大， 为了提高低频部分的插损，不要使用单节滤波器，而应该使用若干小电感组成的多节滤波器；（6）使用磁芯电感要注意饱和特性，特别要注意高电平脉冲会降低磁芯电感的电感量和在滤波器电路中的插损；（7）尽量使用屏蔽的继电器并使屏蔽壳体接地；（8）选用有效地屏蔽、隔离的输入变压器；（9）用于敏感电路的电源变压器应该有静电屏蔽，屏蔽壳体和变压器壳体都应接地；（10）设备内部的互连信号线必须使用屏蔽线，
