《电磁兼容设计技术PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁兼容设计技术PPT课件（307页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、为什么要掌握电磁兼容技术因为：因为：电子电路日益复杂，调试越来越难电子电路日益复杂，调试越来越难电磁兼容标准强制实施电磁兼容标准强制实施市场竞争日益激烈，开发周期越来越短市场竞争日益激烈，开发周期越来越短1为什么要“调”电路信号畸变信号畸变不能达到预期的功能不能达到预期的功能信号本身失真信号本身失真 反射反射 损耗损耗串扰串扰地线、电源地线、电源噪声噪声外界干扰外界干扰（辐射、传导）（辐射、传导）电磁兼容设计电磁兼容设计信号完整性信号完整性2电磁兼容设计是必须的电路图电路图产品产品EMCSI3设备之间的干扰也不容忽视开关电源数字脉冲电路数字视频设备220AC4怎样对付这些干扰问题屏蔽屏蔽接地接
2、地滤波滤波选什么材料选什么材料屏蔽体怎样接地屏蔽体怎样接地屏蔽效能取决于什么因素屏蔽效能取决于什么因素地线与干扰有什么关系地线与干扰有什么关系应该怎样设计地线应该怎样设计地线怎样实现有效的滤波怎样实现有效的滤波为什么滤波并不有效为什么滤波并不有效5一个干扰的例子RS105，脉冲电磁场试验，脉冲电磁场试验6消除干扰的措施与结果共模滤波电容共模滤波电容滤波滤波的测试结果的测试结果滤波滤波的软件仿真结果的软件仿真结果7实践电磁兼容技术课程特点：课程特点：n注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂注重物理概念和应用背景，避免空洞理论和复杂公式公式n内容实用，立竿见影内容实用，立竿见影n培养解决电磁干
3、扰的综合能力（基本理论、分析培养解决电磁干扰的综合能力（基本理论、分析方法、问题解决能力等）方法、问题解决能力等）8课程内容电磁兼容要求（标准）与试验方法电磁兼容要求（标准）与试验方法地线造成的干扰问题与解决方法地线造成的干扰问题与解决方法电磁屏蔽与搭接电磁屏蔽与搭接电磁干扰滤波技术电磁干扰滤波技术电缆设计电缆设计线路板设计线路板设计9 对电磁兼容技术有全面的了解对电磁兼容技术有全面的了解 掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术掌握接地、滤波、屏蔽等关键技术 在产品电磁兼容设计方面有明确的思路在产品电磁兼容设计方面有明确的思路 使产品顺利通过电磁兼容试验使产品顺利通过电磁兼容试验 具备进一步学习的能力
4、具备进一步学习的能力通过学习本课程要达到：10 第一章预备知识与基本概念预备知识与基本概念11电路之间的干扰模拟电路模拟电路控制电路控制电路（处理器）（处理器）信号处理信号处理电源电源12电容耦合电场电场VN = VSZL/(ZC+ZL) ZL VSVN容抗：容抗： ZC = 1/j C 13电感耦合I1VN14公共阻抗耦合数字数字电路电路模拟模拟电路电路VN15传导性干扰模拟电路模拟电路数字电路数字电路16 天线接收天线：接收天线：将天线上的电磁波变成端口将天线上的电磁波变成端口上的电压上的电压辐射天线：辐射天线：将端口上的电压变成电磁波将端口上的电压变成电磁波VV17基本天线结构环天线环天
5、线 偶极天线偶极天线 单极天线单极天线 VVV18环天线产生的辐射近场区内（近场区内（ D /2 ）: H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA / (2 D2) V/m 远场区内（远场区内（D /2 ） : H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m AID19导线的辐射近场区内近场区内: H = I L / (4 D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m远场区内远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI LD20波阻抗的概念波波阻阻抗抗377/ 2到观测点距
6、离 rE/HZW = Z0（2 D/ ）ZW = Z0 = 377 I LAIZW = Z0（ /2 D)21寄生天线偶极天线：只要两个体之间存在电位差，就偶极天线：只要两个体之间存在电位差，就构成了偶极天线。构成了偶极天线。环天线：只要存在电流环路，就形成了一个环天线：只要存在电流环路，就形成了一个环天线。环天线。22常见等效偶极(单极)天线机箱机箱接地线接地线PCBVG主板主板电缆电缆子板子板笔记本笔记本PCB电缆电缆没接地的散热片没接地的散热片23常见环天线24用天线的概念处理问题1 用天线的概念看待设备中的导体用天线的概念看待设备中的导体,发现隐发现隐蔽的天线蔽的天线2 尽量消除这些具
7、有天线性能的结构尽量消除这些具有天线性能的结构3 不能消除时，控制天线的辐射不能消除时，控制天线的辐射 减小环天线的面积减小环天线的面积 减小两个导体之间的射频电压减小两个导体之间的射频电压25分贝(dB) 的概念分贝的定义：分贝数分贝的定义：分贝数 10lgP2P1P1、P2 是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数电压增益的分贝数 20lgV2V1电流增益的分贝数电流增益的分贝数 20lgI2I126用分贝表示的物理量电压：电压：用用1V、1mV、1 V 为参考（例如：为参考（例如：1 V = 0dB V） 则单位为：则单位为：d
8、BV、dBmV、dB V 等，等，电流：电流：用用1A、1mA、1 A 为参考，则：为参考，则：dBA、dBmA、dB A场强：场强：用用1V/m、1 V/m 为参考，则：为参考，则：dBV/m、dB V/m 等，等，功率：功率：用用1W、1mW 为参考，则：为参考，则：dBW、dBm等，等，27“分贝”仅表示相对概念9910.1SE = 20lg(100/1.1) 40dB 99110SE = ?如果把绿色辐射体去掉，屏蔽体的屏蔽效能是多少？如果把绿色辐射体去掉，屏蔽体的屏蔽效能是多少？28频域分析处理电磁干扰的问题必须熟悉频域分析：处理电磁干扰的问题必须熟悉频域分析：电磁兼容标准中大部分指
9、标都是在频域中表示的电磁兼容标准中大部分指标都是在频域中表示的对电磁干扰的各种措施都与频率有关对电磁干扰的各种措施都与频率有关通过频率特征容易查找干扰源通过频率特征容易查找干扰源29频域中表示的辐射发射限值30时域 频域变换时域周期信号时域周期信号离散的谱线离散的谱线时域非周期信号时域非周期信号连续频谱连续频谱tft付立叶级数付立叶变换31脉冲信号的频谱trdAV(f) = 2AdSin(fd)fdSin(ftr)ftr(V/MHz)tr、d 的单位的单位 s，f的单位的单位MHz，A的单位的单位V32脉冲频谱的化简V(f) = 2AdSin(fd)fdSin(ftr)ftr(V/MHz)仅考
10、虑最大值，仅考虑最大值，sinX = 1不考虑相位，仅考虑绝对值不考虑相位，仅考虑绝对值当当X趋于趋于0时，时，sinX/X = 1V(f) = 2AdV(f) = 2AfV(f) = 2A2f2trf很小f较小f较大33脉冲频谱的包络线（对数坐标）20lg (2Ad)20lg(2A/) 20lgf20lg(2A/2tr) 40lgfdBV/MHzlg (f)1/ d1/ tr34周期性脉冲信号的频谱trTdACn = 2A(d+tr)TSinn(d+tr)/Tn(d+tr)/TSin(ntr/T)ntr/T35脉冲信号的频谱包络线-20dB/dec-40dB/dec20lg (2Ad/T)d
11、BVlg (f)1/ d1/ tr36上升沿越陡高频越丰富37扩谱时钟38扩频时钟的效果39频谱分析仪幅度频率扫描速率扫描速率（时间）（时间）分辨带宽分辨带宽频率范围40第二章 地线干扰与接地技术为什么要地线地环路问题与解决方法公共阻抗耦合问题与解决方法各种接地方法41安全地220V0V+ + + + +42信号地电路工程师：地线是电位参考点电路工程师：地线是电位参考点EMC工程师：地线是信号电流流回信号源的低阻抗路工程师：地线是信号电流流回信号源的低阻抗路径径43地线引发干扰问题的原因V = I R地线电压地线电压地线是等地线是等电位的假电位的假设不成立设不成立电流走最小电流走最小阻抗路径阻
12、抗路径我们并不知我们并不知道地电流的道地电流的确切路径确切路径地电流失地电流失去控制去控制44地线电位示意图 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mV45理解地线阻抗地地 线线 阻阻 抗抗导线阻抗导线阻抗回路阻抗回路阻抗决定了地线电位差决定了地线电位差决定了实际地线电流决定了实际地线电流46导线的阻抗Z = RAC + jLL 1H/m = 1 / ( f r r)1/2 RAC= 0.076r f1/2 RDCr电流深度0.37II趋肤效应趋肤效应47导线的阻抗高频时，导线的直径作用减小48金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40
13、.50.61 2 3 4 5 6 7 8 9 10S / W金属条阻抗/导线阻抗49电流回路的阻抗LRIZ = R + j LL = / I A50地线问题地环路IGVGVN地环路I1I251隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL52光隔离器发送发送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp53共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS + VN = R1 / LVN / VGRL/（RS + RL）Mf54平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVL55地线问题公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2
14、公共地阻抗V改进1改进256接地方式种类 信号接地方式 并联单点接地 串联单点接地 混合接地 多点接地 单点接地57单点接地123123串联单点接地串联单点接地优点：简单优点：简单缺点：公共阻抗耦合缺点：公共阻抗耦合并联单点接地并联单点接地优点：无公共阻抗耦合优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R358串联单点、并联单点混合接地模拟电路模拟电路1模拟电路模拟电路2模拟电路模拟电路3数字逻辑控制电路数字逻辑控制电路数字信息处理电路数字信息处理电路继电器驱动电路继电器驱动电路马达驱动电路马达驱动电路59线路板上的地线噪声噪声模拟模拟数字数
15、字60长地线的阻抗设备设备Z0 = (L/C)1/2RRLLCCFP1 = 1/2 (LC)1/2ZP = ( L)2/RRAC RDC 串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振61多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3地线阻抗一定保持很小，地线阻抗一定保持很小，避免公共阻抗耦合避免公共阻抗耦合镀银（减小表面电阻）镀银（减小表面电阻）良好搭接（减小地线阻抗）良好搭接（减小地线阻抗）宽金属板（减小电感）宽金属板（减小电感）62混合接地Vs地电流RsVs安全接地Rs安全接地地环路电流63放大器屏蔽壳的接地C1SC3SC2SC1SC3SC2S等效电路等效电路64接地位置不当造成的干扰 稳压电源
16、稳压电源 火灾报警器 火灾报警器65第三章 电磁屏蔽技术 屏蔽材料的选择 实际屏蔽体的设计66电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量: SE = 20 lg ( E1/ E2 ) dB 67实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE R1 R2 AB R ABB68吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1 = E0e-t/ A 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / ) dB0.37E0 A 8.69 ( t / ) dBA = 3.34 t f rr dB69趋肤深度举例
17、70反射损耗 R 20 lgZW4 Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。大。ZS = 3.68 10-7 f r/r远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变71不同电磁波的反射损耗远场: R 20 lg3774 Zs4500Zs = 屏蔽体阻抗， D = 屏蔽体到源的距离（m）f = 电磁波的频率（MHz）2 D fD f Zs Zs电场: R 20 lg磁场: R 20 lgdB72影响反射损耗的因素150 0.1k 1k 10k 100k 1M 10M 100M平面波3 108 / 2rfR(dB)r = 30
18、 m 电场r = 1 m靠近辐射源r = 30 m磁场 r = 1 m靠近辐射源73综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)150250平面波平面波00.1k 1k 10k 100k 1M 10M高频时高频时电磁波种类电磁波种类的影响很小的影响很小电场波电场波 r = 0.5 m磁场波磁场波 r = 0.5 m屏蔽效能（dB）频率74多次反射修正因子的计算电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。B = 20 lg ( 1 - e -2 t / )说明：说明： B为负值，其作用是减小屏蔽效能为负值，其作用是减小屏蔽效能 当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略当趋肤深
19、度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略 对于电场波，可以忽略对于电场波，可以忽略75怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料76高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE = 1 + R0/RS77低频磁场屏蔽产品78磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金坡莫合金 金属金属镍钢镍钢冷轧钢冷轧钢 0.01 0.1 1.0 10 100 kHzr 10379磁导率随场强的变化磁通密度 B 磁场强度 H饱和起始磁导率最大磁导率 = B / H80强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料低导磁率材料高导磁率材料81加工的
20、影响2040608010010 100 1k 10k跌落前跌落后82良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体屏蔽体导电连续导电连续没有穿过屏没有穿过屏蔽体的导体蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体屏蔽效能高的屏蔽体不要忘记：不要忘记：选择适当的屏蔽材料你知道吗：与屏蔽体接地与否无关83实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙84远场区孔洞的屏蔽效能LLSE = 100 20lgL 20lg f + 20lg（1 + 2.3lg(L/H) = 0 dB 若 L / 2H85孔洞在近场区的屏蔽效能若若ZC
21、 （7.9/Df）：（说明是电场源）：（说明是电场源）SE = 48 + 20lg ZC 20lg L f + 20lg ( 1 + 2.3lg (L/H) )若若ZC （7.9/Df）：（说明是磁场源）：（说明是磁场源）SE = 20lg ( D/L) + 20lg (1 + 2.3lg (L/H) ) （注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）86缝隙的泄漏低频起主要作用低频起主要作用高频起主要作用高频起主要作用87缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙88电磁密封衬垫的种类 金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)指形簧片(不同表面涂覆层的)螺
22、旋管衬垫(不锈钢的和镀锡铍铜的)导电布89指形簧片90螺旋管电磁密封衬垫91电磁密封衬垫的主要参数 屏蔽效能 (关系到总体屏蔽效能) 回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距） 最小密封压力（关系到最小压缩量）最大形变量（关系到最大压缩量） 压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数） 电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）92电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封93不同金属之间发生腐蚀腐蚀加重94截止波导管损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区95截止波导管的屏效截止波导管 屏蔽效能=反射损耗：远场区计算公式近场区计算公式+吸收损耗
23、圆形截止波导：32 t / d矩形截止波导：27.2 t / l孔洞计算屏蔽效能公式96截止波导管的损耗97截止波导管的设计步骤孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE 确定截止波导管的截面形状 确定要屏蔽的最高的频率 f 确定波导管的截止频率 fc 计算截止波导管的截面尺寸 由SE 确定截止波导管的长度 5f98显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器99操作器件的处理屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽上截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出100通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板101贯通导体的处理102屏蔽电缆穿过屏蔽机箱的方法在内部可将电缆延伸在内部可将电缆延伸表面做导电清洁处理，保持表面做导电清洁处理，
24、保持360度连接度连接注意防腐注意防腐屏蔽互套屏蔽互套屏蔽体边界屏蔽体边界屏蔽电缆屏蔽电缆与电缆套与电缆套360度搭接度搭接103搭接 电子设备中，金属部件之间的低阻抗连接称为搭接。例如：电缆屏蔽层与机箱之间搭接屏蔽体上不同部分之间的搭接 滤波器与机箱之间的搭接 不同机箱之间的地线搭接104搭接不良的滤波器滤波器接地阻抗预期干扰电流路径实际干扰电流路径105搭接不良的机箱VI航天飞行器上的搭接阻抗要小于2.5m!106搭接阻抗的测量机柜搭接阻抗频率寄生电容导线电感并联谐振点VIZ = V / I107不同的搭接条108频率不同搭接方式不同109搭接面的腐蚀IIVIIIII110搭接点的保护11
25、1第四章 干扰滤波技术 干扰滤波在干扰滤波在EMC设计中作用设计中作用 差模干扰和共模干扰差模干扰和共模干扰 常用滤波电路常用滤波电路 怎样制作有效的滤波器怎样制作有效的滤波器 正确使用滤波器正确使用滤波器112滤波器的作用信号滤波器电源滤波器切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。成完善的干扰防护。113满足电源线干扰发射和抗扰度要求114满足抗扰度及设备辐射发射要求信号线滤波器信号线滤波器干扰源干扰源115电缆是主要辐射源116用滤波消除辐射117共模和差模电流118共模/差模干扰的产生VVICMICMICMIDM1
26、19滤波器的共模插损IL = U1 / U2120滤波器的差模插损IL = U1 / U2121干扰滤波器类型CTL反122滤波器的级数越多越好吗？增加级数增加级数降低截止频率降低截止频率原滤波器原滤波器f1123器件数与插入损耗的关系20406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5阶阶 4阶阶 3阶阶 2阶阶 1阶阶20N/十倍频程十倍频程6N/倍频程倍频程插插入入损损耗耗dB124确定滤波器阶数50 100欲衰减欲衰减20dB4 6=24 20至少至少4阶滤波器阶滤波器10 1001 20 = 201阶滤波器就可以了阶滤波器就可以了为了保险，可用为了保险，可用2阶阶欲衰
27、减欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度阶数决定过渡带的陡度125根据阻抗选用滤波电路 源阻抗源阻抗 电路结构电路结构 负载阻抗负载阻抗 高高 C、 、多级、多级 高高 高高 、多级、多级 低低 低低 反反 、多级反、多级反 高高 低低 L、多级、多级L 低低 规律：电容对高阻，电感对低阻规律：电容对高阻，电感对低阻126插入损耗的估算Fco = 1/(2 Rp C)ZLZs、ZL并联并联CIL = 20 lg( CRp)ILIL = 20 lg( L/Rs)Fco = Rs/(2 L）Zs、ZL串联串联ZsLZsZL127电路阻抗对滤波特性的影响三端电容
28、三端电容铁氧体铁氧体128器件参数的确定LCRR L = R / 2 FC C = 1 / 2 RFC对于对于T形（多级形（多级T）和）和 形（多级形（多级 ）电路，最外边的电）电路，最外边的电感或电容取感或电容取 L/2 和和 C/2，中间的不变。，中间的不变。129一个干扰的例子RS105，脉冲电磁场试验，脉冲电磁场试验130消除干扰的措施与结果共模滤波电容共模滤波电容滤波滤波的测试结果的测试结果滤波滤波的软件仿真结果的软件仿真结果131实际电容器的特性ZC实际电容理想电容f1/2 LCCLR电感电阻132表面贴装电容的阻抗特性133温度对陶瓷电容容量的影响0.15-0.150-55125
29、5-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30% C% C% C134电压对陶瓷电容容量的影响COGX7RY5V200-20-40-60-800 20 40 60 80 100 %额定电压（额定电压（Vdc）% C135实际电感器的特性ZL理想电感实际电感f1/2 LCLC136电感寄生电容的来源每圈之间的电容每圈之间的电容 CTT导线与磁芯之间的电容导线与磁芯之间的电容CTC磁芯为导体时，磁芯为导体时，CTC为主要因素，为主要因素，磁芯为非导体时，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。为主要因素。137克服电容非理想性的方法衰减 电容并联 LC并联 电感并联小
30、电容大电容大电容并联电容频率大容量小容量138三端电容器的原理引线电感与电容引线电感与电容一起构成了一个一起构成了一个T形低通滤波器形低通滤波器在引线上安装两在引线上安装两个磁珠滤波效果个磁珠滤波效果更好更好地线电感起地线电感起着不良作用着不良作用三端电容普通电容普通电容 30 70 1GHz206040139三端电容与普通电容的比较140三端电容的正确使用接地点要求：接地点要求：1 干净地干净地2 与机箱或其它较大与机箱或其它较大 的金属件的金属件射频搭接射频搭接141贴片三端电容142三端电容器的不足寄生电容造成输入寄生电容造成输入端、输出端耦合端、输出端耦合接地电感造成旁接地电感造成旁路
31、效果下降路效果下降143穿心电容更胜一筹金属板隔离金属板隔离输入输出端输入输出端一周接地一周接地电感很小电感很小144穿心电容的特性145穿心电容、馈通滤波器以穿心电容为基以穿心电容为基础的馈通滤波器础的馈通滤波器广泛应用于广泛应用于RF滤滤波波146馈通滤波器使用注意事项 必须安装在金属板上，并在一周接地 最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片 焊接时间不能过长 上紧螺纹时扭矩不能过大147线路板上使用馈通滤波器线路板地线面线路板地线面上面上面底面底面148磁芯对电感寄生电容的影响铁粉芯铁粉芯 C = 4.28pf C = 3.48pf 19% 铁氧体（锰锌）铁氧体（锰锌） C = 51pf C
32、 = 49pf 4%149减小电感寄生电容的方法然后：然后：1.起始端与终止端远离（夹角大于起始端与终止端远离（夹角大于40度）度）2.尽量单层绕制，并增加匝间距离尽量单层绕制，并增加匝间距离3.多层绕制时，多层绕制时， 采用采用“渐进渐进”方式绕，不要来回绕方式绕，不要来回绕4.分组绕制分组绕制 （要求高时，用大电感和小电感串联起（要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）来使用）如果磁芯是导体，首先：如果磁芯是导体，首先：用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离150共模扼流圈防止饱和共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁共模扼流
33、圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。芯不会饱和。有意增加漏磁，有意增加漏磁，利用差模电感利用差模电感151共模扼流圈的优点差模电感导致信号失真共模电感不影响信号152电感磁芯的选用铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用铁氧体：最常用锰锌：锰锌： r = 500 10000，R = 0.1100 m镍锌：镍锌： r = 10 100，R = 1k 1M m超微晶：超微晶： r 10000，做大电感量共模扼流圈的磁心，做大电感量共模扼流圈的磁心153各种铁氧体磁芯154电感量与饱和电流的计算SD1D2饱和电流：
34、 Imax = Bmax S (D1-D2)/2L电感量： L （nH）= 0.2 N2 r S(mm) ln (D1/D2)电感量电感量厂家手册给出厂家手册给出 厂家经常给出每匝的电感量厂家经常给出每匝的电感量“AL”，则，则 L （nH）= AL N2 155干扰抑制用铁氧体156铁氧体电感高频时成为电阻铁氧体电感（高损耗）铁氧体电感（高损耗）空心电感（高空心电感（高Q）157不同材质的铁氧体有不同的频率特性158偏置电流对阻抗的影响159铁氧体次环作共模扼流圈使用160贴片电感的阻抗161贴片电感的滤波效果162贴片电感的滤波效果163注意频率特性164低通滤波器对脉冲信号的影响165信
35、号滤波器的安装位置板上滤波器板上滤波器无屏蔽的场合无屏蔽的场合滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上有屏蔽的场合：在屏蔽界面上166板上滤波器的注意事项滤波器要并排安装滤波器要并排安装线路板的干净地与金属机线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接箱或大金属板紧密搭接为滤波设置干净地为滤波设置干净地在接口处设置档板在接口处设置档板滤波器靠近接口滤波器靠近接口167面板上滤波的简易（临时）方法容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短168电缆滤波的方法屏蔽盒屏蔽盒馈通滤波器馈通滤波器连接器连接器滤波连接器滤波连接器虽然是最佳
36、虽然是最佳选择，但是选择，但是当空间允许当空间允许时，也可以时，也可以这样：这样：169平板滤波阵列用于制造滤波连接器用于制造滤波连接器170面板安装滤波器注意事项滤波器与面板之滤波器与面板之间必须使用电磁间必须使用电磁密封衬垫！密封衬垫！171使用形滤波器的注意事项滤波器接地阻抗滤波器接地阻抗预期干扰电流路径预期干扰电流路径实际干扰电流路径实际干扰电流路径对接地没有把握对接地没有把握时，避免使用时，避免使用 形滤波器！形滤波器！172电源线滤波器的基本电路共模扼流圈共模扼流圈差模电容差模电容共模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制共模滤波电容受到漏电流的限制173注意滤波器的高频特性17
37、4高频滤波性能的重要性滤波器高频性能差滤波器高频性能好无滤波175改善滤波器高频特性的方法或精心绕制或多个电感串联精心绕制或多个电感串联176注意插入增益问题0-1050 / 50 100 / 0.1 或或 0.1 / 100 频率频率插入损耗插入损耗解决办法：差模电感上并联电阻（解决办法：差模电感上并联电阻（50 1k)，差模电容，差模电容上串联电阻（上串联电阻（0.5 10）177插入增益现象178串联谐振导致插入增益VQVQV179插入增益的对策V180选择滤波器的保险方法滤波器0.1100滤波器0.11000衰减50条件下的插入损耗0.1/100条件下的插入损耗插入损耗增益会暴露出来1
38、81器件距离对高频性能的影响182滤波器安装在线路板的问题机箱内干扰机箱内干扰电源线泄漏严重电源线泄漏严重183线路板上滤波的改进方法机箱内干扰机箱内干扰被滤波器挡住被滤波器挡住被滤波器旁路掉被滤波器旁路掉面板滤波器面板滤波器电源线无泄漏电源线无泄漏184电源线滤波器的错误安装PCB滤波器滤波器输入线过长输入、输出耦合PCB185电源线滤波器的错误安装滤波器绝缘漆PCB滤波器通过细线接地，高频效果很差！接地线186滤波器的正确安装滤波器PCB 滤波器直接接地尽量短 输入、输出线隔离滤波器安装在线路板上时，在电源线入口处增加一只高频共模滤波器电源PCB滤波电路187110VAC使用交流滤波器的问
39、题188为什么信号滤波器容易损坏220VAC110VAC189机箱浮地 没问题220VAC190全部浮地 没问题220VAC191全部接地 没问题220VAC192第五章电缆的EMC设计 电缆辐射电缆辐射场在导线中感应的噪声场在导线中感应的噪声电缆之间的串扰电缆之间的串扰193第六部分电缆的EMC设计 电缆辐射电缆辐射场在导线中感应的噪声场在导线中感应的噪声电缆之间的串扰电缆之间的串扰194外拖电缆的共模辐射I2CPI3I1CP尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大，尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大，仍然是主要的辐射因素仍然是主要的辐射因素195“无关”的电缆也辐射196地线也辐
40、射不不接接地地线线接接上上地地线线你喜欢你喜欢电缆屏蔽层接地吗电缆屏蔽层接地吗 ?197无关电缆辐射机理VCM机箱内的所有信号都会通过机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！电缆辐射！198电缆辐射机理的总结电电 缆缆 辐辐 射射差差模模辐辐射射共共模模辐辐射射差模电流转变为共模电流差模电流转变为共模电流信号地上共模电压导致共模电流信号地上共模电压导致共模电流临近电路的耦合产生共模电压，进临近电路的耦合产生共模电压，进而导致共模电流而导致共模电流工作电流回路形成的环路天线工作电流回路形成的环路天线199电缆差模辐射的对策同轴电缆同轴电缆扁平电缆扁平电缆双绞线双绞线200电缆共模辐射的对策减小共模电流
41、减小共模电流回路面积回路面积减小减小共模电流共模电流增加共模电流回路的阻抗增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波共模电流滤波减小共模电压减小共模电压屏蔽电缆屏蔽电缆电缆靠近地线面电缆靠近地线面线路板线路板屏蔽屏蔽其它其它201电缆共模辐射的对策减小共模电流减小共模电流回路面积回路面积减小减小共模电流共模电流增加共模电流回路的阻抗增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波共模电流滤波减小共模电压减小共模电压屏蔽电缆屏蔽电缆电缆靠近地线面电缆靠近地线面线路板线路板屏蔽屏蔽其它其它202降低电缆辐射的方法I2CPI3I1CP通过额外的地线板减小共模电流的回路面积通过额外的地线板减小共模电流的回路面积203屏蔽电
42、缆抑制共模辐射的本质CMCMDM思考题思考题16：用屏蔽的方法减小信号电缆的辐射时，最关键：用屏蔽的方法减小信号电缆的辐射时，最关键的因素是什么？的因素是什么？204不完整的屏蔽电缆CMCMCMCMDM205屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路辐射环路VIZT = V / I206不同屏蔽层的传输阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000传输阻抗（传输阻抗（m /m）Hz铝箔铝箔单层编织单层编织最佳单层编织最佳单层编织双层编织双层编织双层编织双层编织 + 一层一层 金属金属双层编织 + 双层金属实心铜实心铜207屏蔽层的错误
43、接法CM思考题思考题17：什么情况下屏蔽电缆的辐射比非屏蔽电缆辐射更强，为什：什么情况下屏蔽电缆的辐射比非屏蔽电缆辐射更强，为什么？么？208D型连接器的屏蔽层搭接209圆形连接器屏蔽层搭接210接线端子上的屏蔽电缆211尽量减小小辨接法的危害212电缆共模辐射的对策减小共模电流减小共模电流回路面积回路面积减小减小共模电流共模电流增加共模电流回路的阻抗增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波共模电流滤波减小共模电压减小共模电压屏蔽电缆屏蔽电缆电缆靠近地线面电缆靠近地线面线路板线路板屏蔽屏蔽其它其它213共模电流主要由寄生电容产生线路板接地线路板接地线路板不接地线路板不接地CP较大较大CP较小较小频率
44、频率MHz共模共模电流电流214增加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路共模回路思考题思考题18：共模扼流圈的效果与什么因素有关？：共模扼流圈的效果与什么因素有关？215铁氧体效果的估算设原来电缆形成的共模回路阻抗为设原来电缆形成的共模回路阻抗为ZCM1，铁氧体，铁氧体的阻抗为的阻抗为ZL改善量改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB216铁氧体磁环217干扰抑制用铁氧体218不同磁导率的
45、铁氧体阻抗特性 i = 700 i = 4000219铁氧体的安装方法尽量靠近电缆端头尽量靠近电缆端头匝数多匝数多匝数少匝数少频率频率衰减衰减整根电缆穿过整根电缆穿过内径尽量小内径尽量小长度尽量大长度尽量大壁厚尽量大壁厚尽量大220电缆共模辐射的对策减小共模电流减小共模电流回路面积回路面积减小减小共模电流共模电流增加共模电流回路的阻抗增加共模电流回路的阻抗共模电流滤波共模电流滤波减小共模电压减小共模电压屏蔽电缆屏蔽电缆电缆靠近地线面电缆靠近地线面线路板线路板屏蔽屏蔽其它其它221用滤波消除辐射222第六部分电缆的EMC设计 电缆辐射电缆辐射场在导线中感应的噪声场在导线中感应的噪声电缆之间的串扰
46、电缆之间的串扰223处于电磁场中的电缆信号线和回流线在一根电缆中信号线和回流线在一根电缆中用地线面作回流线用地线面作回流线共模电流共模电流差模电压差模电压不平衡不平衡直接产生差模电压直接产生差模电压Sh224 电磁场在电缆上的感应电压10kHz 100kHz 1MHz 10MHz 100MHz 1GHz 10GHz 0-10-20-30-40-50123ABCDEh = 0.5mS: A = 100m B = 30m C = 10m D = 3m E = 1m与与 S、h 无关无关dBV1V/m场强产生的电压场强产生的电压225平衡电路的抗干扰特性电磁场V1V2I1I2VD平衡性好坏用共模抑制
47、比表示： CMRR = 20lg ( VC / VD )VC 高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低226提高共模干扰抑制的方法平衡电路屏蔽电缆共模扼流圈平衡电路CMRRCMRRff227非平衡转换为平衡228 屏蔽电场0V电缆长度电缆长度 /20，多点接地，多点接地229磁场对电缆的干扰磁场对电缆的干扰VNVN ( d / dt ) = A ( dB / dt )磁通磁通 回路面积回路面积A感应电压感应电压当面积一定时当面积一定时230减小感应回路的面积减小感应回路的面积理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因此电缆上的回路面积为0，整个回路
48、面积仅有两端的部分231屏蔽电缆减小磁场影响VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能 屏蔽磁场232抑制磁场干扰的试验数据抑制磁场干扰的试验数据1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M100100233抑制磁场干扰的实验数据 1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M100100234C与D的实验数据说明设：总电磁场为设：总电磁场为1000，其中磁场为，其中磁场为999，电场为，电场为1，双绞线的磁场抑制效果为：双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/230) 13 dB单端接地的屏
49、蔽层的效果：单端接地的屏蔽层的效果：20lg(230/229) 0 dB双绞线双绞线单端接地单端接地屏蔽层屏蔽层235G与H的实验数据说明设：总电磁场为设：总电磁场为1000，其中磁场为，其中磁场为999，电场为，电场为1，双绞线的磁场抑制效果为：双绞线的磁场抑制效果为：20lg(1000/1.3) 58 dB单端接地的屏蔽层的效果：单端接地的屏蔽层的效果：20lg(1.3/0.3) 13 dB双绞线双绞线单端接地屏蔽层单端接地屏蔽层236第六部分电缆的EMC设计 电缆辐射电缆辐射场在导线中感应的噪声场在导线中感应的噪声电缆之间的串扰电缆之间的串扰237导线之间两种串扰机理导线之间两种串扰机理
50、MCICICILILR0RLR2GR2L238耦合方式的粗略判断ZSZL 10002： 电场耦合为主电场耦合为主3002 ZSZL 10002：取决于几何结构和频率：取决于几何结构和频率239电容耦合模型电容耦合模型C12C1GC2GRC1GC2GC12RVN V1V1j C12 / ( C12 + C2G)j + 1 / R ( C12 + C2G)V1VN240耦合公式化简耦合公式化简 R 1 / j ( C12 + C2G ) VN = V1 C12 / ( C12 + C2G ) 241电容耦合与频率的关系电容耦合与频率的关系耦耦合合电电压压VN = j RC12V1C12V1 (C1
51、2 + C2G)VN =1 / R (C12 + C2G)频率频率 242屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽对电容耦合的影响全屏蔽屏蔽层不接地：屏蔽层不接地：VN = VS =V1 C1S / ( C1S + CSG ) ，与无屏蔽相同，与无屏蔽相同屏蔽层接地时：屏蔽层接地时：VN = VS = 0， 具有理想的屏蔽效果具有理想的屏蔽效果C1sC1GCsGC1GCSGC1sVsV1V1VsC2S243部分屏蔽对电容耦合的效果部分屏蔽对电容耦合的效果R 很大时：很大时：VN = V1 C12 / ( C12 + C2G + C2S ) C1sC1GCsGCSGC1sVNV1V1VNC2SC12C12
52、C2GR 很小时：很小时：VN = j RC12 244互电感定义与计算互电感定义与计算定义：定义： 自感自感L 1 / I1 ， 互感互感 M 12 / I1 1 是电流是电流I1在回路在回路1中产生的磁通，中产生的磁通， 12 是电流是电流I1在回路在回路2中产生的磁通中产生的磁通回路回路1回路回路2aba M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2） 减小减小M的方法：回路的方法：回路1用双绞线或同轴线，减小回路用双绞线或同轴线，减小回路2的面积，增加两的面积，增加两 个回路的距离个回路的距离245电感耦合MR2RR1RR2VN d 12 / dt = d(MI1)/dt = M d
53、I1 / dtR1I1VNI1VNV1V1246电感耦合与电容耦合的判别电感耦合与电容耦合的判别IN = j C12V1R2R1VVVN = j M12 I1R2R1电容耦合电感耦合247非磁性屏蔽对电感耦合的影响非磁性屏蔽对电感耦合的影响I1M1SM12关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变关键看互感是否由于屏蔽措施而发生了改变248双端接地屏蔽层的分析M1SM12MS2+ - - +V12VS2导体1导体2屏蔽体V12 = j M12 I1 VS2 = j MS2 IS VN = V12 + VS2 I1IS求解这项求解这项249VS2项求解+ LS = / IS MS2 = / IS 因
54、此：因此：LS = MS2 导体导体2屏蔽层屏蔽层VS2 = j MS2 I S = j MS2 ( V S / ZS) = j LS V S / ( j LS+RS ) = VS j / ( j +RS/LS)250屏蔽后的耦合电压VN = V12 + VS2 V12 = j M12I1 VS = j M1SI1因为：因为：M12 = M1S所以：所以：VS = j M12I1所以：所以：VS2 = j M12I1 j / ( j +RS / LS)VN = V12 - V12 j / ( j +RS / LS) = V12 (RS / LS) / ( j +RS / LS) V12 251
55、屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果屏蔽层的磁场耦合屏蔽效果VN M12 I1（Rs / Ls )VN j M12 I1VNRs / Ls 无屏蔽电缆无屏蔽电缆屏蔽效能屏蔽效能屏蔽电缆 lg 252第七章第七章 PCB PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计 253线路板上的电磁兼容问题线路板的辐射线路板的辐射外界电磁场对线路板的干扰外界电磁场对线路板的干扰地线和电源线噪声地线和电源线噪声地线引起的公共阻抗耦合地线引起的公共阻抗耦合走线之间的串扰走线之间的串扰信号的反射（传输线效应）信号的反射（传输线效应）254走线是主要辐射源255地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被被驱驱动动电电路
56、路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电IgVg256电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg257地线干扰对电路的影响地线干扰对电路的影响1324寄生电容258线路板走线的电感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII259地线网格地线网格260电源线噪声的消除电源线噪声的消除电源线电感电源线电感L, V =L(di/dt)储储能能电电容容这个环路尽量小这个环路尽量小261电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近尽
57、量使电源线与地线靠近262 解耦电容的选择解耦电容的选择C = dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间dt内，电源线上出现内，电源线上出现了瞬间电流了瞬间电流dI，dI导致了电导致了电源线上出现电压跌落源线上出现电压跌落dV。 263增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法电源电源地地铁氧体铁氧体注意铁氧体安装的位置注意铁氧体安装的位置接地线面接地线面细线细线粗线粗线用铁氧体增加用铁氧体增加电源端阻抗电源端阻抗用细线增加电用细线增加电源端阻抗源端阻抗264有效滤波的例子普通电容（1）三端电容（0.1）三端电容 + 铁氧体注意位置！2
58、65多个电容改善解耦效果266电源面与地线面之间也有电容267选择合适的电容种类 插线电容插线电容 表贴电容表贴电容268线路板的两种辐射机理线路板的两种辐射机理差模辐射差模辐射共模辐射共模辐射电流环电流环杆天线杆天线269实际电路的辐射ZGZLVZC = ZG + ZL近场：近场：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 （ V/m） ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 （ V/m） H = 7.96IA / D3 （ A/m）远场：远场： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）环路面积环路面积 = AI270常用的差模辐射预测公式考虑地面反
59、射时：考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）271脉冲信号差模辐射的频谱频谱包络线频谱包络线差模辐射频率特性线差模辐射频率特性线脉冲的差模辐射包络线脉冲的差模辐射包络线 1/ d 1/ tr40dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec272不同逻辑电路为了满足不同逻辑电路为了满足EMIEMI指标要求指标要求所允许的环路面积所允许的环路面积仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射，乘以 N 。因此，可能时，分散时
60、钟频率。273如何减小差模辐射？如何减小差模辐射？E = 2.6 I A f 2 / D低通滤波器低通滤波器布线274控制高频信号的回路275电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m所有电路加电工作所有电路加电工作只有时钟电路加电工作只有时钟电路加电工作276控制回路面积是布线的主要目的L=20cm277减小面积降低辐射L=10cmL=5cm278单层或双层板如何减小环路的面积单层或双层板如何减小环路的面积279不良布线举例不良布线举例68HC1174HC00AB连接连接A、BE时钟280281282283随便设置的地线没有用在线路板上
61、没有布线的地方全部铺上地线是在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？设计吗？284开关电源干扰发射的原因220VAC共模干扰耦合路径共模干扰耦合路径285地线对辐射的影响286地线对辐射的影响287多层板能减小辐射多层板能减小辐射信号信号1电源层电源层地线层地线层信号信号2低频高频DC0.5 1 10 100 1G110地线面的阻抗，地线面的阻抗，m / 平方平方地线面具有很小的地线阻抗地线面具有很小的地线阻抗288地线面上的缝隙的影响地线面上的缝隙的影响模拟地模拟地数字地数字地A/D变换器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB289过孔的阻抗1.5
62、mm PGA128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100与过孔之间的距离与过孔之间的距离 mm290六层板的设计好不好好不好这种非典型布线具有这种非典型布线具有最好的电磁兼容特性最好的电磁兼容特性注意方向注意方向291八层板的设计较好较好最好最好差差很好很好很好很好电源很好电源很好注意方向注意方向292十层板的设计很好很好很好很好较好较好注意方向注意方向293线路板边缘的一些问题关键线（时钟、射频等）产生较强辐射无地线电源层地线层20H294扁平电缆的使用地线一部分信号回流经过一部分信号回流经过ABCDABCD最好最好较好较好差差较好，但端接困难较好，但端
63、接困难扁平电缆这两处都有地线这两处都有地线295注意隐蔽的辐射环路电源/地线信号线电源/地线信号线电源电源信号线+电源+地线电源/地线电源电源296直流线的辐射线路板1线路板2线路板3直直流流线线也也会会产产生生射射频频辐辐射射297地线也辐射不不接接地地线线接接上上地地线线你喜欢你喜欢电缆屏蔽层接地吗电缆屏蔽层接地吗 ?298地线辐射产生的原因地线噪声地线噪声电源线电感电源线电感信号回路信号回路电源回路电源回路299减小共模电压300改善地线减小共模电压301减小空间感应的共模电压302两个措施同时采取303滤波器滤除高频成份304滤波器电容量的选择R负载R源电容合适电容过大 低速接口10 100kB/s 高速接口 2MB/s低速CMOS TTL上升时间 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns带宽 BW 320kHz 6MHz 3.2MHz 32MHz总阻抗 R 120 100 300 100150最大电容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF305平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2306I/O接口布线的一些要点干净区域滤波电容电源线连接地线连接信号滤波器信号滤波器隔离变压器/光耦隔离器桥壕沟壕沟时钟电路、高速电路307
