emc与静电防护v3.0

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1、工程可靠性EMC与静电防护,谢玉明 质企中心质量部 2004年8月, 3 ,EMC基础知识 产品的EMC设计方法 工程中的EMC设计重点 工程中的静电防护, 4 ,定义,电磁兼容（EMC)： Electromagnetic Compatibility 设备在规定的电磁环境中正常工作而不对该环境或其它设备造成不允许的扰动的能力.电磁干扰（EMI)： Electromagnetic Interference 使其他电器设备或电子装置性能下降,工作不正常或发生故障的电磁扰动电磁敏感性（EMS： Electromagnetic Susceptibility 设备在电磁环境中耐受干扰的能力., 5 ,为

2、什么要考虑EMC？,国内外技术壁垒、强制要求产品的可靠性, 6 ,EMI, 7 ,EMS, 8 ,EMI试验,传导骚扰（CISPR22/GB9254） 辐射骚扰（CISPR22/GB9254） 谐波电流 （IEC 61000-3-2/GB/T 17625.1) 电压波动 （IEC 61000-3-3/GB/T 17625.2), 9 ,EMS试验 (IEC 61000-4-系列 或 GB/T17626.系列),静电放电抗扰度试验（.2） 射频电磁场辐射抗扰度试验（.3） 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（.4） 雷击浪涌抗扰度试验（.5） 射频场传导抗扰度试验（.6） 工频磁场抗扰度试验（.8） 电

3、压瞬时跌落,短时中断和电压渐 变的抗扰度试验（.11）, 10 ,EMC试验企业标准,Q/ZX 23.011.1 通讯设备电磁兼容试验要求总则； Q/ZX 23.011.2 通讯设备电磁兼容试验要求网络设备； Q/ZX 23.011.3 通讯设备电磁兼容试验要求电信终端设备； Q/ZX 23.011.4 通讯设备电磁兼容试验要求传输设备； Q/ZX 23.011.5 通讯设备电磁兼容试验要求电源设备； Q/ZX 23.011.6 通讯设备电磁兼容试验要求视讯设备； Q/ZX 23.011.7 通讯设备电磁兼容试验要求基站及其辅助设备； Q/ZX 23.011.8 通讯设备电磁兼容试验要求移动台

4、及其辅助设备。, 11 ,何时解决EMC, 12 ,EMC 三要素,干扰源敏感设备传播途径, 13 ,EMC基础知识 产品的EMC设计方法 工程中的EMC案例 静电防护, 14 ,EMC设计方法,接地（Grounding)屏蔽(Shielding)滤波(Filtering)PCB的EMC设计, 15 ,接地(Grounding),接地的目的一是防电击，一是去除干扰。可将接地分为两大类：安全接地(Safety Grounding) 将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大当人员意外触及时不易遭受电击。信号接地（Signal Grounding） 为设备工作电平提供参考点，同时还可以大量消除杂讯的干扰。

5、, 16 ,产品的接地方式, 17 ,机架系统的接地方式, 18 ,接地环路, 19 ,屏蔽,屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个：一是限制内部的辐射电磁能越过某一区域；二是防止外来的辐射进入某一区域。 屏蔽效能SARB （dB）, 20 ,屏蔽之结构材料,适用于底板和机壳的材料大多数是良导体，如铜、铝等，可以屏蔽电场，主要的屏蔽机理是反射而不是吸收。 对磁场的屏蔽需用铁磁材料，如高导磁率合金和铁。主要的屏蔽机理是吸收而不是反射。 在强电磁场环境中，要求材料能屏蔽电场和磁场两种成分，因此需要结构上完好的铁磁材料。屏蔽效率直接受材料厚度以及搭接和接地方法好坏的影响。 对于

6、塑料壳体，是在其内壁喷涂屏蔽层，或在汽塑时掺入金属纤维。, 21 ,屏蔽之搭接,清洁 氧化层 面接触 螺钉的距离 缝隙：导电衬垫 压力, 22 ,屏蔽之穿孔,通风：减少孔径；导线：屏蔽线搭接；非屏蔽线滤波；, 23 ,插箱的屏蔽处理,面板：金属U形面板 面板之间加金属簧片 面板插针：定位ESD泄放 导轨上簧片：配合插针泄放ESD 金属之间的搭接：簧片/导电衬垫 搭接处导电氧化或电镀, 24 ,滤波器的种类, 25 ,常用的电源滤波器, 26 ,滤波器的安装,首先，滤波器的外壳与设备的金属机壳要有可靠的接触。设备的金属机壳应该接大地。,其次，滤波器引线与安装位置也是很有讲究的问题。, 27 ,信

7、号滤波,电容磁珠共模电感三端滤波器, 28 ,PCB的EMC设计,电路的合理布局 地线的设计 信号走线的设计 线路板层数的选择 器件的安排, 29 ,电路的合理布局,不相容原则进行分割 使用不同电源的电路要分开，电源线不相交，不跨区； A、D电路要分开 骚扰源与敏感器件分开 高速与低速数字电路分开, 30 ,多层印制板的层间安排原则,电源平面应靠近接地平面，并且安排在接地平面之下。这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容，同时接地平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。 布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。 把数字电路和模拟电路分开，有条件时将数字电路

8、和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层；可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开，不能混用。数字信号有很宽的频谱，是产生干扰的主要来源。, 31 ,多层PCB的典型布层安排, 32 ,时钟电路电磁兼容设计技巧,首先要进行恰当的布线，布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。 其次，时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源一定要单独安排、远离敏感电路。 选择恰当的器件是设计成功的重要因素，特别在选择逻辑器件时，尽量选上升时间比五纳秒长的器件，决不要选比电路要求时序快的逻辑器件。 时钟输出布线时不要采用向多个部件直接串行地连接称为菊花式连

9、接；而应该经缓存器分别向其它多个部件直接提供时钟信号。, 33 ,层间跳线应当最小,时钟布线经连接器输出时，连接器上的插针要在时钟线插针周围布满接地插针, 34 ,EMC基础知识 产品的EMC设计方法 工程中的EMC设计重点 工程中的静电防护, 35 ,工程中的EMC设计重点,接地处理：机房的接地系统；接地线；接地线搭接处理； 通信产品的布局：在机房内的位置； 布线处理：外部布线；内部布线； 消除接地环路 电源线上的滤波, 36 ,通信机房的接地系统, 37 ,通信设备的接地处理,接地线 搭接方式, 38 ,通信设备的布局,与干扰源保持一定距离 交流配电柜 接地引入线，主接地汇集线 主避雷器,

10、 39 ,常用电缆,双绞线屏蔽线扁平电缆, 40 ,线间的电磁耦合,两电路间的耦合情况与干扰信号的频率、线路上流动的电流、线路间的距离、线路的离地高度、耦合路径的长度以及屏蔽层的接地方式有关。 电场耦合 磁场耦合 电磁场耦合, 41 ,磁场耦合的抑制方法,减小干扰源和敏感电路的环路面积。最好的办法是使用双绞线和屏蔽线，让信号线与接地线（或载流回路）扭绞在一起，以便使信号与接地线（或载流回路）之间的距离最近。 增大线间的距离，使得干扰源与受感应的线路之间的互感尽可能地小。 如有可能，使得干扰源的线路与受感应的线路呈直角（或接近直角）布线，这样可大大降低两线路间的耦合, 42 ,电场耦合的抑制方法

11、,增大线路间的距离是减小电容耦合的最好办法。 采用屏蔽层，屏蔽层要接地。 降低敏感线路的输入阻抗。这对CMOS电路比较有效，这是因为CMOS电路的输入阻抗很高，与静电容分压后，干扰信号加到CMOS电路输入端子上成分很高。如有可能，在CMOS电路的人口端对地并联一个电容或一个阻值较低的电阻，这可以降低线路的输入阻抗，从而降低因静电容而引入的干扰。 如有可能，敏感电路采用平衡线路作输入，平衡线路不接地。这样干扰源对平衡线路人口所施加的是共模干扰，利用平衡线路固有的共模抑制能力，克服干扰源对敏感线路的干扰。, 43 ,布线方法,影响布线间相互干扰的因素是电流、电压、频率等，所以在正式布线之前，首要的

12、一点是将线路分类。主要的分类方法是按功率电平来进行，以每30dB功率电平分成若干组，见下表：, 44 ,案例：布线紊乱的影响,某机房现场干扰，布线紊乱造成踢盘,布线良好的设备，工作正常,布线紊乱的设备，有踢盘现象, 45 ,接地环路的工程处理, 46 ,电源线上的处理, 47 ,工程中的EMC问题解决思路,故障描述要准确 瞬态、稳态 故障现象 产品的布局 分析：EMC三要素 干扰源 耦合路径 故障能否在实验室模拟, 48 ,信号线引入干扰案例,故障现象：某组合电源在某开局现场经常出现温度采集信号异常变动； 故障分析：此开局现场附近有寻呼台基站，只要基站一工作就会出现此现象，怀疑是辐射干扰引起的

13、。 实验室模拟：将温度传感器及一段信号线放入电波小室内进行辐射抗扰性试验，发现在80MHz200MHz间显示温度变化较大，最低显示甚至到90。 改进：将信号线远端屏蔽层接地后，大有改善，最低仅到8，（注：近端接地效果不大），但是将信号线放入电波小室内较多时，仅在112MHz频点会出现80的显示。在两条信号线靠近设备端各串一磁珠，无论电波小室内的信号线长度怎么变化，显示变化极小，不超过5；但是将远端不接地后，显示变化较大，最低到30左右，说明屏蔽接地与磁珠滤波均需要。, 49 ,辐射骚扰案例,监控外购的摄像头干扰机场电台, 50 ,UPS对电池监测的干扰,故障描述：HVBMU电池电压采集不准，误

14、差大；BMU电池电压采集值周期性跳变，完全失真；HVBMU与MISUC下行口通讯时常中段，并影响门禁与MISUC的通讯。 现场测量：HVBMU电池电压线对大地有工频三次谐波共模干扰，峰峰值有300V以上，而且含有丰富的高次谐波和高频杂讯； BMU电池电压线对大地有600KHZ的阻尼振荡波共模干扰，峰峰值有50V以上，线线间有20V以上的阻尼振荡波差模干扰；HVBMU，BMU串口线对大地有600KHZ的阻尼振荡波共模干扰，峰峰值有40V以上，线线间有20V以上的阻尼振荡波差模干扰；任拉一信号线接在HVBMU或BMU的AI端，可用示波器检测到几十V的干扰杂讯，可见现场干扰十分严重。, 51 ,EM

15、C基础知识 产品的EMC设计方法 工程中的EMC设计重点 工程中的静电防护, 52 ,静电的产生,物体的静电带电，又称静电起电，它是由于处于不同带电序列位置的物质之间接触分离（摩擦）使物体上正负电荷失去平衡而发生的静电现象。在大多数情况下，静电起电与放电是同时发生的，而且静电起电-放电是一个随机的动态过程，在这过程中，不仅有静电能量的传导输出，而且有电磁脉冲场的辐射。, 53 ,静电的危害,静电放电引发的瞬时大电流（静电火花）引燃引爆易燃、易爆气体混合物或电火工品，造成意外燃烧、爆炸事故。 静电放电使人体遭受电击引发操作失误造成二次事故、静电场的库仑力作用使纺织、印刷、塑料包装等自动化生产线受

16、阻。 静电放电的电磁辐射或静电放电电磁脉冲（ESD EMP)对电子设备造成的电磁干扰引发的各种事故。, 54 ,静电危害的作用机理,高电位、强电场 瞬态大电流 宽带电磁干扰, 55 ,静电危害的作用机理,高电位、强电场 瞬态大电流 宽带电磁干扰, 56 ,静电危害的作用机理,高电位、强电场 瞬态大电流 宽带电磁干扰, 57 ,静电放电作为近场危害源，产生的电磁脉冲可与LEMP、HEMP、STF的作用相提并论。,静电危害的作用机理, 58 ,热效应,电磁辐射和浪涌效应,强电场效应,磁效应,静电放电引起的射频干扰，对信息化设备造成电噪声、电磁干扰，使其产生误动作或功能失效。强电磁脉冲及其浪涌效应对电子设备可以造成硬损伤或软损伤，既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效，也可以形成累积效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的可靠性降低。,