EMC簡單介紹

 

EMC的概念：電磁兼容（Electromagnetic Compatibility , EMC） 其定義為“設備和係統在其電磁環境中能正常工作且不對環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力”。

 

 

EMC包含兩個方麵的意思
，首先，設備能夠抵抗所接受到的幹擾而正常工作(即EMS)；其次，設備所發射的電磁幹擾不能影響其它設備的正常工作(即EMI)。

 

 

EMC設計

 

1. EMC設計的內容：

 

EMC設計可分為：

 

信號設計、線路設計、屏蔽、接地、濾波、合理布局

 

其中與結構關係較大的有：

 

屏蔽
、接地、合理布局

 

注意：並不代表其它措施與結構設計完全無關，結構設計亦需配合完成其它措施比如合理布局。

 

2. EMC設計基本目的：

 

產品內部的電路互相不產生幹擾
，達到預期的功能。

 

產品產生的電磁幹擾強度低於特定的極限值。

 

產品對外界的電磁幹擾有一定的抵抗能力。

 

3. EMC設計在產品開發各階段的成本：

 

在產品設計的早期階段，解決EMC問題的途徑多，將花費較少的成本
；到產品生產後期再采取解決EMC的技術措施，將受到各種情況的製約。並且

，采用同樣的技術措施
，在生產後期采用時
，將大大增加產品成本，延長產品開發周期。

 

▲EMC設計在產品開發各階段的成本

 

因此
，隨著產品開發向前推進
，解決EMC的成本越來越高。因此，EMC設計越早進行越好，千萬不要等到EMC測試出現問題了
，再去急急忙忙的查找原因
、尋找解決方案。

 

4. 傳統EMC對策：

 

產品在進行實際測試的時候，EMC問題實際發生了
，開始查找EMC問題，使用的工具：頻譜儀和近場探頭

 

此時能夠采取的手段是：屏蔽和濾波

 

傳統EMC對策存在的問題是：

 

● 需要考慮設備內部【板間，板內信號間】EMI問題，不能使用屏蔽/濾波手段；

● 屏蔽和濾波會導致產品設計修改
，增加產品成本和延長產品開發周期；

● 信號頻率與幹擾頻率一致
，不能采用濾波；

● 頻率提高，布線

、屏蔽體、機箱等成為天線；

● 高頻信號耦合到電纜，由電纜發射；

● 產品開發最後階段解決EMC問題的唯一辦法是：屏蔽和濾波。但是，用屏蔽能解決所有的EMC問題？

● 屏蔽策略的隱患：機箱及屏蔽材料的變形及損壞，產生電磁泄漏

● 這種對策的結果是：有利於通過EMC，但是會惡化內部幹擾，影響設備穩定性，增加抗幹擾的要求。

 

5. EMC對策新理念：

 

▲全麵的EMC管理

 

EMC對策的新理念是進行全麵的EMC管理
，盡早進行EMC設計：

 

● EMC是一項係統工程：早考慮 ，成本低

，手段多
，效率高
；需要產品開發團隊協同配合，包括結構設計。

● 充分利用現有的EMC設計規範和設計指南（專家的經驗）
，當然，在使用的時候需要思考：設計能全部按照設計規則執行嗎？所有理論在所有場合都正確嗎？

● 合理使用仿真技術，把問題扼殺在萌芽階段 。PCB板設計的仿真：Hyperlynx。電子電路仿真：Pspice、Serenade。

● 精度與速度，實際問題實際解決。使用測量技術，使用一般儀器進行對比測試。引入電磁場掃描技術，進行EMC預兼容測試。

 

6. EMC設計的流程：

 

 

7. EMC結構設計的經驗：

 

● zaixiangmudezaoqijiucanyujiegousheji，youyingjiangongchengshizhudaoyingjianxitongdejiegousheji，erbushibeidongdijieshouyiyoudejiegouzaoxing
，ranhouqianfangbaijidixiangbanfazenyangcainengzaixianyoudezaoxingjichushangjinliangmanzuxingneng、EMC等的要求
，要在結構設計中起到主導性的作用；

● 盡早設計出3D圖
，針對3D圖，組織各方麵的人員反複討論，權衡利弊，就EMC而言，要針對3D圖去發現問題，填補問題，這樣的互動要進行很多次，直至能得到一個比較滿意的結果；

● 屏蔽結構的使用，哪些板卡需要屏蔽、哪些可以不要，未屏蔽的板卡要針對EMC采取哪些預防措施，PCB本身也許就可以作為EMC的屏蔽體；

● 線材處理，包括內部模塊互連線（暴露在屏蔽殼之外）及外部接口線，是否已經在母板、連接板或輸出板等位置預留濾波措施。

 

8、EMC PCB 設計

 

（1）
、PCB設計

 

    a、布局：同類電路布在一塊、控製最小路徑原則、高速電路間不要靠近小麵板、電源模塊靠近進單盤的位置；

    b、分層：高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件麵下布一層地、近可能將兩個表層布地層
、內層比表層縮進20H；

    c
、布線：3W原則
、差分對線等長
，靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區
；

    d、接地：同類電路單獨分布地，在單板上單點相連；

    e、濾波：電源模塊、功能電路設計板級慮波電路；

    f、接口電路設計：接口電路設計濾波電路
、實現內外有效隔離。

 

（2）布局的基本原則：

 

    a、參照原理功能框圖，基於信號流向
，按照功能模塊劃分；

    b

、數字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、幹擾源與敏感電路分開布局

    c、單板焊接麵避免放置敏感器件或強輻射器件；

    d、敏感信號、強輻射信號回路麵積最小；

    e、晶體、晶振
、繼電器
、開關電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板拉手條
、對外接口連接器
、敏感器件放置，推薦距離≥1000mil；

    f
、敏感器件：遠離強輻射器件，推薦距離≥1000mil；

    g、隔離器件、A/D器件：輸入、輸出互相分開
，無耦合通路（如相鄰的參考平麵），最好跨接於對應的分割區；

 

（3）特殊器件布局

 

    a、電源部分（置於電源入口處）；

    b、時鍾部分（遠離開口，靠近負載，布線內層）；

    c、電感線圈（遠離EMI源）；

    d、總線驅動部分（布線內層
，遠離開口，靠近宿）；

    e
、濾波器件（輸入、輸出分開，靠近源，引線短）；

 

（4）濾波電容的布局：BULK電容：

 

    a、所有分支電源接口電路；

    b
、功耗大的元器件附近；

    c
、存在較大電流變化的區域，如電源模塊的輸入和輸出端

、風      扇、繼電器等；

    d、PCB電源接口電路

；

 

（5）去藕電容的布局：

 

    a、靠近電源管腳；

    b、位置
、數量適當
；

 

（6）接口電路的布局的基本原則：

 

    a. 接口信號的濾波
、防護和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護，後濾波；

    b. 接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離；

    c. 變壓器與連接器之間的信號網絡無交叉
；

    d. 變壓器對應的BOTTOM層區域盡可能沒有其它器件放置
；

    e. 接口芯片（網口
、E1/T1口、串口等）盡量靠近變壓器或連接器放置；

 

（7）布線

 

    a. 走線短
，不同類走線間距寬（信號及其回流線、差分線
、屏蔽地線除外），過孔少
，無環路，回路麵積小，無線頭；

    b. 有延時要求的走線
，其長度符合要求
；

    c. 無直角，對關鍵信號線優先采用圓弧倒角；

    d. 相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關鍵信號平行布線≤1000MIL；

    e. 走線線寬無跳變或滿足阻抗一致；

 

（8）各國產品安全和EMC認證組織

 

-歐美：CE

-美國：FCC&UL，NEBS

-日本：VCCI

-澳大利亞：CE

-中國：CCC

-台灣：CE

 

產品認證流程

 

-認證申請

-提交認證材料（認證標準
、產品使用手冊等）

-產品測試

-完成測試報告

-頒發認證證書

-產品發布

 

EMC標準及測試

 

國際標準

 

1、國際電工委員為IEC

2
、國際標準華組織ISO

3
、電氣電子工程師學會IEEE

4
、歐盟電信標準委員會ETSI

5、國際無線電通信谘詢委員CCIR

6
、國際通訊聯盟ITU

6、國際電工委員會IEC有以下分會進行EMC標準研究

-CISPR：國際無線電幹擾特別委員會

-TC77：電氣設備（包括電網）內電磁兼容技術委員會

-TC65：工業過程測量和控製

 

國際標準化組織

 

1、FCC聯邦通

2、VDE德國電氣工程師協會

3、VCCI日本民間幹擾

 4
、BS英國標準

5、ABSI美國國家標準

6
、GOSTR俄羅斯政府標準

7、GB、GB/T中國國家標準

 

EMI測試

 

1、輻射騷擾電磁場（RE）

2、騷擾功率（DP）

3
、傳導騷擾（CE）

 4、諧波電路（Harmonic）

5
、電壓波動及閃爍（Flicker）

6、瞬態騷擾電源（TDV）

 

EMS測試

 

1、輻射敏感度試驗（RS）

2

、工頻次次輻射敏感度試驗（PMS）

3、靜電放電抗擾度（ESD）

 4
、射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試（CS）

5、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試（DIP）

6、浪湧（衝擊）抗擾度測試（SURGE）

7、電快速瞬變脈衝群抗擾度測試（EFT/B）

8
、電力線感應/接觸（Power induction/contact）

 

EMC測試結果的評價

 

A級：實驗中技術性能指標正常

B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪失，實驗後能自行恢複

C級：功能允許喪失，但能自恢複
，或操作者幹預後能恢複

R級：除保護元件外，不允許出現因設備（元件）或軟件損壞數據丟失而造成不能恢複的功能喪失或性能降低。

5
、電壓暫降
，短時中斷和電壓變化抗擾度測試（DIP）

6、浪湧（衝擊）抗擾度測試（SURGE）

7、電快速瞬變脈衝群抗擾度測試（EFT/B）

8、電力線感應/接觸（Power induction/contact）

 

 

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