本文思維導(dǎo)圖:
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EMC(Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容)是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中,不會(huì)因?yàn)橹苓叺碾姶怒h(huán)境而導(dǎo)致性能降低、功能喪失或損壞,也不會(huì)在周邊環(huán)境中產(chǎn)生過(guò)量的電磁能量,以致影響周邊設(shè)備的正常工作。
EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干擾):自身產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值。
EMS(Electro Magnetic Susceptibility,電磁抗擾度):自身承受的電磁干擾在一定的范圍內(nèi)。
電磁環(huán)境:同種類的產(chǎn)品,不同的環(huán)境就有著不同的標(biāo)準(zhǔn)。
需要說(shuō)明的是,以上都基于一個(gè)前提:一定環(huán)境里,設(shè)備或系統(tǒng)都在正常運(yùn)行下。
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電磁干擾的產(chǎn)生原因:電壓/電流的變化中不必要的部分。 電磁干擾的耦合途徑有兩種:導(dǎo)線傳導(dǎo)和空間輻射。 導(dǎo)線傳導(dǎo)干擾原因是電流總是走“最小阻抗”路徑。以屏蔽線為例,低頻(f<1kHz)時(shí),導(dǎo)線的電阻起到主要作用,大部分電流從導(dǎo)線的銅線中流過(guò);高頻(f>10kHz)時(shí),環(huán)路屏蔽層的感抗小于導(dǎo)線的阻抗,因此信號(hào)電流從屏蔽層上流過(guò)。 干擾電流在導(dǎo)線上傳輸有兩種方式:共模和差模。 一般有用的信號(hào)為差模信號(hào),因此共模電流只有轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅k娏鞑拍軐?duì)有用信號(hào)產(chǎn)生干擾。阻抗平衡防止共模電流向差模轉(zhuǎn)變,可以通過(guò)多點(diǎn)接地用來(lái)降低地線公共阻抗,減小共地線阻抗干擾。 空間輻射干擾分近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。 近場(chǎng)又稱為感應(yīng)場(chǎng),與場(chǎng)源的性質(zhì)密切相關(guān)。 當(dāng)場(chǎng)源為高電壓小電流時(shí),主要表現(xiàn)為電場(chǎng); 當(dāng)場(chǎng)源為低電壓大電流時(shí),主要表現(xiàn)為磁場(chǎng)。 無(wú)論是電場(chǎng)還是磁場(chǎng),當(dāng)距離大于λ/2π時(shí)都變成了遠(yuǎn)場(chǎng)。 遠(yuǎn)場(chǎng)又稱為輻射場(chǎng)。遠(yuǎn)場(chǎng)屬于平面波,容易分析和測(cè)量,而近場(chǎng)存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互轉(zhuǎn)換問(wèn)題,比較復(fù)雜。 這里面有問(wèn)題的是如果導(dǎo)線變成天線,有時(shí)候就分不清是傳導(dǎo)干擾還是輻射干擾? 低頻帶下特別是30 MHz以下的主要是傳導(dǎo)干擾?;蛘呖梢怨浪惝?dāng)設(shè)備和導(dǎo)線的長(zhǎng)度比波長(zhǎng)短時(shí),主要問(wèn)題是傳導(dǎo)干擾,當(dāng)它們的尺寸比波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí),主要問(wèn)題是輻射干擾。 干擾信號(hào)以平面電磁波形式向外輻射電磁場(chǎng)能量,再以泄漏和耦合形式,通過(guò)絕緣支撐物等(包括空氣)為媒介,經(jīng)公共阻抗的耦合進(jìn)入被干擾的線路、設(shè)備或系統(tǒng)。
舉例:900MHz,平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在50 mm 電磁波輻射有兩個(gè)必要條件:變化的電壓/電流和輻射天線。兩者缺一,都不會(huì)產(chǎn)生大量的輻射干擾。
有些資料會(huì)給出瞬態(tài)干擾的概念,顧名思義:時(shí)間很短但幅度較大的電磁干擾。瞬態(tài)干擾一般指各類電快速脈沖瞬變(EFT)、各類浪涌(SURGE)、靜電放電(ESD)等三種。 3
重點(diǎn):消除其中任何一個(gè)因素就可以滿足電磁兼容設(shè)計(jì)的要求。 切斷耦合途徑是最有效的電磁兼容處理措施。 了解下傳播路徑:
電磁干擾可以通過(guò)電源線、信號(hào)線、地線、大地等途徑傳播的傳導(dǎo)干擾,也有通過(guò)空間直接傳播的空間輻射干擾。這些干擾或者噪聲并不是獨(dú)立存在的,在傳播過(guò)程中又會(huì)出現(xiàn)新的復(fù)雜噪聲,這種問(wèn)題疊加問(wèn)題才是解決問(wèn)題的難點(diǎn)。 4
近場(chǎng)區(qū),波阻抗與輻射源的位置、阻抗、頻率及輻射源周圍的介質(zhì)有關(guān);遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),波阻抗等于電磁波傳播介質(zhì)的特性阻抗;在真空中,波阻抗為377Ω。 由377Ω想到自由空間的特性阻抗:
有個(gè)基礎(chǔ)概念需要講一講:dB&dBm區(qū)別。dB之前的常提常見(jiàn)。dBm是功率相對(duì)于1 mW的值。 至于區(qū)別,上公式比較直接:
5 環(huán)路
電流在傳遞路徑與返回路徑中形成的環(huán)路是PCB輻射發(fā)射的一個(gè)原因。 電子產(chǎn)品中任何信號(hào)的傳遞都存在環(huán)路,如果信號(hào)是交變的,那么信號(hào)所在的環(huán)路都會(huì)產(chǎn)生輻射,當(dāng)產(chǎn)品中信號(hào)的電流大小、頻率確定后,信號(hào)環(huán)路產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度與環(huán)路面積有關(guān),管控信號(hào)環(huán)路的面積可以控制EMC問(wèn)題。 單點(diǎn)&多點(diǎn)接地
電子設(shè)備是否選擇單點(diǎn)接地,主要取決于系統(tǒng)的工作信號(hào)頻率和接地線的長(zhǎng)度,即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時(shí),選擇單點(diǎn)接地,單點(diǎn)接地的應(yīng)用范圍一般在300kHz以下,在有些場(chǎng)合也可用在1MHz以下。 ? 當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度為1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí),地線阻抗變得很高,產(chǎn)生天線效應(yīng),即地線像天線一樣向外輻射噪聲信號(hào)。若用一點(diǎn)接地,地線長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。 ? ? 散熱&屏蔽
屏蔽和散熱是互相矛盾的,散熱孔一般是一組孔洞,利用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流,這些孔洞將會(huì)引起電磁泄漏,使屏蔽效果下降,孔洞越大,屏蔽效果越差。通常系統(tǒng)的外殼都配置了散熱孔,這種散熱孔會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的屏蔽性能。 6
電磁兼容測(cè)試分為兩大類: 一類是電磁干擾度(EMI)測(cè)試,測(cè)試電子產(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)其他設(shè)備、對(duì)電磁空間的干擾發(fā)射情況。 一類是電磁抗擾度(EMS)測(cè)試,測(cè)試電子設(shè)備抵御空間電磁干擾的能力。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中EMI測(cè)試項(xiàng)目為2項(xiàng),軍用標(biāo)準(zhǔn)中EMI測(cè)試項(xiàng)目為7項(xiàng),EMS測(cè)試項(xiàng)目為10項(xiàng),軍用保證EMS測(cè)試項(xiàng)目為12項(xiàng)。 列出不同數(shù)量測(cè)試項(xiàng)目,說(shuō)明針對(duì)不同行業(yè),有著不同要求,這個(gè)也好理解。問(wèn)題是EMC測(cè)試有不同標(biāo)準(zhǔn),各個(gè)行業(yè)再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化,確定自己滿足的等級(jí)和要求。
EMI測(cè)試項(xiàng)目:
①傳導(dǎo)騷擾(CE)測(cè)試(電源線、信號(hào)、控制線)
②輻射騷擾(RE)測(cè)試
③諧波(Harmonic)測(cè)量
④電壓波動(dòng)和閃爍(Fluctuation and Flicker)測(cè)量
EMS測(cè)試項(xiàng)目:
①靜電放電抗擾度(ESD)
② 電快速瞬變脈沖群抗擾度(EFT)
③ 浪涌(SURGE)
④ 輻射抗擾度(RS)
⑤ 傳導(dǎo)抗擾度(CS)
⑥ 電壓跌落與中斷(DIP)
EMI測(cè)試場(chǎng)地有半電波暗室、全電波暗室、開(kāi)闊場(chǎng)三種。 產(chǎn)品相關(guān)EMC測(cè)試是必須的,產(chǎn)品EMC測(cè)試出現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題,整改方向: 1、靜電抗擾度測(cè)試—>屏蔽 2、電快速瞬變脈沖群抗擾度測(cè)電源隔離,使用屏蔽雙絞線&安裝磁環(huán)。 3、浪涌(沖擊)抗擾度測(cè)試安裝浪涌抑制器 4、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測(cè)試屏蔽、接地、濾波 5、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度測(cè)試導(dǎo)電泡棉將線纜壓緊,保持最小的縫隙。 6、傳導(dǎo)發(fā)射電源隔離、濾波、接地、減小回路面積。 7、輻射發(fā)射出現(xiàn)超標(biāo)屏蔽接地,檢查連接,安裝磁環(huán),檢查模擬設(shè)備。
7 產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì),必須通過(guò)整體設(shè)計(jì),從電路設(shè)計(jì)到元器件選型,從PCB制版到樣機(jī)調(diào)試,從電子設(shè)備的測(cè)試到發(fā)布,每一步都要考慮有可能引起的電磁兼容問(wèn)題,從產(chǎn)品最初規(guī)劃到最后認(rèn)證結(jié)束,每一步都要融入電磁兼容設(shè)計(jì)思想,才能真正管控好電磁兼容問(wèn)題。
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原文標(biāo)題:電磁兼容(EMC)基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié),寫(xiě)的太全了!
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