电磁兼容复习要点

1、所谓电磁兼容(ElectromagneticCompanbility EMC)包括三方面的内容：(1) 设备或系统对电磁干扰(Elecuoimgnetic Interference EMI丿只旳一定的抗扰度(Immunity to Disturbance)，不被 其他电磁干扰影响其正常工作；(2) 该设备或系统门己产生的电磁噪声(ElectromagneucNoLse EMN丿必须限制在一定的电平，不产生电磁扰，不 影响其他系统或设备的正常运行。(3) 该设备或系统自C产生的电礎噪声(Electromagnetic Noise EMN丿必须限制在一定的电半，不产生电磁干扰，不 影响自身的正常运

2、行。EMC涉及电磁能昴的产生、传输和接收。EMC问题的三个方而构成了 EMC设计的基本框架。电磁能杲的无意发射或接收并不一定都有害，接收器的意外动作才构成了干扰。防止干扰有以下三种途径：1、抑止源的发射：2、尽可能使耦介途径无效：3、使接收器对发射不敏感。众所周知，构成电磁干扰有三个耍索，即：干扰源(噪声八噪声的耦合途径及噪声接收器(被干扰设备)。因此，电磁兼容设计的任务概括起來说就是：削弱干扰源的能帚，隔离或减弱噪卅耦介途径及提高役备对电磁 干扰的抵抗能力(1) 噪声(Noise)电路中，除希型信兮以外的任何电信号，均泄义为噪声。但是由电路罪线性导致的火真电信号，虽然也不是 人们希望的信号，

3、但是它不称为噪声，因为它不是真正的噪声问题，而是属电路设计问题，人们可以通过介理的电 路设计对它加以消除。(2) 干tt(Interference)由噪声导致的不希塑的结果称Z为干扰。人们常常把噪曲和干扰混淆，其实两者的区别是I分明显的：噪声是原 因，干扰足后來；噪声足无法消除的，它只能被削弱到 定程度，直到它不产生干扰。(3丿敏感度(Susceptibility)一台设备或一个电路承受噪声能最的能力，称为敏感度。人为干扰源來源各种电气设备，涉及范围十分广泛；可人致分为五大类：1、尤器件的固有噪声；2、电化学过程噪声：3、放电噪声：4、电磁感应噪声；5、非线性过程噪声所有的元器件均存在固有噪声

4、。主要有:(1)热噪/'(ThermalNoise)； (2)散粒噪声(ShotNoise)； (3)接触噪声(Contact Noise)； (4)爆米花嗪声(PopcomNolsc)在弱信兮电路中，还冇些由/物理或化学原因造成的干扰源也是必须考虑的，主要冇：(1)原电池噪声：(2)电解噪 声；(3)摩擦及导线移动造成的噪声；放电噪川：(1 )静电放电(Electrostatic Discharge ESD)； (2)电晕放电(CoironaDischarge)； (3)辉光放电(Glow Discharge)弧光放电(ArcDLScharge)； (5)高频电火花干扰也导性耦合电容

5、性耦合 b恿啊合 心阳雕J怨蚯抗齡 杭彎公馳砸舲，转移陲R传与）严齡%场耦合电磁廉容设计应达到如卜两个目的： 通过优化电路和结构方案的设计，将干扰源本少产生的电磁噪声强度降低到能接受的水平； 通过各种干扰抑制技术，将干扰源与被干扰电路Z间的耦介减弱到能接受的程度。按欲屏蔽的电磁场性质分类，屏蔽技术通常可分为三人类：1、电场屏蔽（静电场屏蔽及低频交变电场屏蔽）2、磁场屏蔽（直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽丿3、电磁场屏蔽（同时存在电场及磁场的高频辐射电磁场的屏蔽）。按屏蔽体的結构分类,町以分为完整屏蔽体屏蔽（屏蔽室或屏蔽盒等八非完整屏蔽体屏蔽（带仃几洞、金属网、波导管 及蜂窝结构等）以及编织带屏蔽

6、（屏蔽线、电线等）。采用金属屏蔽体进行电场屏蔽hVAfir两个条件：完善的屏蔽；良好接地图2-2 电磁场的屏蔽原理叭一入射干拔:场幅涯， &一皑磁波从空*1介岡到达屏蔽体虫面的反射场幅度; 丁 一电 滋 波在风載体内的逸射址幅度1尺上一电磁波在济蔽体 内£而的反射场幅度； En 穿透山风厳休的屯磁场幅奁。高频电磁屏蔽的原理主要依据电磁波到达金属屏蔽体时产生的反射及吸收作用。电磁波到达屏蔽体表面时产生的能帚反射主耍是由介质（空气丿与金属的波阻抗不一致引起的，二者相差愈人, 由反射引起的损耗也愈人，而反射和频率有关，频率愈低反射愈严重。电磁波在穿透屏蔽体时的能吊吸收损耗主耍是由J

7、：涡流引起的。涡流-方面产生反磁场來抵消原干扰磯场，同时产生 热损耗，因此，频率越高，屏蔽体越厚，涡流损耗也越大。1、屏蔽体设计的一般原则必须根据实际情况和设计要求，仃的放欠地选取最经济、仃效的屛蔽体设讣方案，决不能采取只凭经验加上尝试的错 谋方法。为了做到冇的放欠、针対性地决定屏蔽设计方案，通常，应按卜列步骤逐步明确设计耍求：1丿首先要确定屏蔽设计所而临的电磁环境。例如，欲屏蔽的主要电磁干扰源是什么？它属J：什么类熨。是高阳抗电场、 低阻抗磁场还是¥面波。场的强度、频率以及屏蔽体至主耍干扰源的距离或被屏蔽的干扰源到被干扰电路的距离等。2丿确定最易接受干扰电路的敏感度，以决定对完整屏

8、蔽体的屛蔽耍求。3丿进行屏蔽体的结构设计、包括： 确定屏蔽体匕必须的各种开孔、窥视窗以及必耍的电缆进出丨I孔。这些开孔均不吋避免地使屏蔽完整性遭到破坏， 从而造成部分曉场的泄漏，对此必须耍作出估算，从而确定对实际屏蔽体的屏蔽耍求。 根据上述屏蔽要求，决定屏蔽层数（单、双层八屏蔽材料、防止屏蔽完整性遭到破坏的«种窗II屏蔽结构等。4）进行屏蔽完整性的丁艺设计。英主要冃的是保证前述各种可能出现的菲完整屏蔽窗I I的屏蔽完整性。在电磁环境确定之厉，屏蔽体的设计首先是选择适为的屏蔽材料.対屏蔽材料的选择主耍是考虑材料的电导率c、 磁导率U及厚度t,因为在一定的电曉环境卜，屏蔽体的屏蔽效能主要

9、取决这些参数。对J：电场屛蔽，选择屏蔽材料的原则是电导率愈高愈好。由电场的波阻抗是岛值，且ZW»Zm,反射损耗山主要成 分，屏蔽效能主要靠反射，面吸收损耗十分次耍。只是在极高频率和材料厚度很人条件卜才考虑吸收损耗因此对电场屏蔽主要只选择高电导率材料，如铜、铝、金 等抗磁性材料。由反射损耗是表面过程，与材料厚度无关，因此可不考虑材料厚度，而材料厚度只由材料的机械强 度來决定。2、磁场屏蔽材料的选择対磁场屏蔽，磁场的反射损耗很小，吸收损耗成为主耍的成分，I対此对磁场主要选杼高磁导率的材料。丙为 高磁导率材料中僦阻很小，用高磁导率材料作屏蔽可使磁场压缩在屏蔽体内。采用磁性材料屏蔽磁场是仃利

10、的。因为其碗导率U很人，虽然电导率。减小，但卩。的乘枳却提高，这样吸收损耗也 増大。必须注意：一般磁性材料的磁导率是指宜流的磁导率；而出频率增加时，磁导率将卜降，而fl肖流磁导率愈人 的材料，随着频率的増加，其磁导率也降低愈多。除此以外，磁导率还与磁场强度仃关。当磁场强度很人时，磁导率反而卜降，这是宙磁饱和所致。还必须提醒：一些高礎导率材料的磁性会因在加丁过程中受到打击、振动、冲击而降低，为了恢复这些材料的 磁性应进行适当的热处理，同时在屏蔽体加工及处理完之后不允许再受摔打或撞击。对低频磁场的屏蔽是垠闲难的，因为此时吸收损耗和反射损耗都非常小。除了选用商磁导率材料外，还得增人屛蔽体 的厚度J当

11、然，若厚度人人，既笨重又不经济，则应采用多层屏蔽结构。冇时为了既考虑低频磁场又要照顾高频电磁场的屏蔽，同时为了使磁&率和电导率都提高，以增加吸收损耗，也可以 在一种金属屏蔽体如铁上再镀一层其它金属如铜、银等材料。导线1和导线2Z间的分布电容为lOOpF,每-根导线的对地电容为18OpF,导线1上仃电压为15V、频率为100kHz 的交流信号,如下图所示,假若使用电阻R接导线2,请问:当电阻R分别为(a)无穷人；(b) 100Q： (c) 50Q： 时，导线2拾取的噪声电压是多少？耦合等效电路如右图所示：设加在导体1上的电压U是干扰源，导体2为被于扰电路，任何苴接连接到源上的电容都可以忽

12、略不计，因为它对噪 声耦介没仃任何影响，显然、被干扰电路曲J：电容耦合，在导体2対地Z间产生的噪声电压Un可以农示为：_ JO>CI2 /(Cl2 4- C2G )5-莎阴乔才当R的阻抗小丁分布电容Cx加上Cg的阻抗时,时上式可被简化为：Un=J3RC2U】：电场(容性)耦介可看成是连接在接收器电路地Z间的电流源，它的电流人小等J； J3CxJ。 带入数据可得最厉结果。接地可分为两类，一是安全接地，包括设备及人身安全二是干犹控制接地，亦即信巧接地。根据不同的要求，接地 有不同的目的，比较典型的接地目的是：(1丿建立与人地相连的低电阻通路，使雷山电流、静电放电电流仃优先通路4接流入人地，不

13、致影响电路、设备的正常 工作和人身安全C(2丿建立设备外壳附近金属导体间的低电阻通路，当设备中存在漏电流时，不致危及人身安全。(3) 电路及设备的各部分都连接到一个共同的等电位点或等电位面，以便有一个共同的参考电位，使各部分电路均执行 其正常功能。例如电源的一个极作为参考电位或零电位，与此电极连接的低阻抗导线即为地线或零电位线。(4) 任何电路的电流都碍耍经过地线形成回路，接地的目的Z-就是使流经地线的并电路的电流互不影响，或其影响得 到抑制。以上，两个H的是属子安全接地，而，(4丿两个日的属十扰控制接地或信号接地。信号地线的连接方式可分为三种类型：浮地就是将电路或设备的信号接地系统与结构地或

14、Jt它导电物体相隔离，如下图所示：采用浮地的连接方式可使结构地系统中存在的干扰电流不致传导耦介至信号电路.浮地连接的概念也可应用J：设备内部的接地设计。使设备中的参考地与机壳隔离，对以避免机壳中的干扰电流肖接耦 介至信号电路。但浮地系统的I：扰耦介取决浮地系统和附近导牡的隔离程度，在一些人系统屮往往很难做到理想游 地。除此之外，对于高频更难实现真正的浮地。特别是,当浮地系统靠近高压线时,可能堆积静电荷,引起静电放电, 形成干扰电流。电源的漏电、雷击都可能在机壳与信号系统之间产生电火花。因此除了为防止结构地线或附近导体有人干扰电流流动影响信号系统外，一般不采用浮地的接地方式。单点接地只何一个接地

15、点，该点作为接地参考点，所何接地线均直接接到这一点上，如卜图所示：八体的连接方式又订两种：一是独立地线并联一点接地；二是共用地线串联点接地，现分述如卜：(1) 独立地线并联一点接地独V地线并联一点接地方式的等效电路如卜图所示，图”咯设备电路单尤分别用地线连接J：一个接地点。这种接地方式的各设备(各电路单尤)的地电位只与本电路的地电流及地线阻抗冇关，不受梵它电路影响，因此时防 止各单尤之间的互相干扰及点的地回路的干扰是很有效的特别是在个设备内部各单元之连线很短、频率比较低的情况卜，电埒卑本上不受其它电路响，所以设备屮经常采 用这种接地方式。 这种接地方式也有缺点:因为需耍很多根地线；机箱之间的连

16、接用很多地线，设备就会十分笨乘。由分别接地，势必增加地线长度，从而増加哋线阻抗，对于高频，干扰就十分严币:了。此外，各地线间的电感耦合、分布电容耦合随着频率增加也会增人；因此这种接地方式不适用于高频。当频率升高，特别是当地线长度是入/4的奇数倍时，地线阻抗变得很高，地线变成了大线，向外辐射干扰信号。所 以地线的长度应小于入/20,以防止辐射并降低地阻抗。(2 ) 共用地线串联一点接地另一种单点接地是以设备或电路单元共用-根地线，然后单点接地，如卜图所示：从防止噪声和抑制干扰角度，这种接地方式不好，但这种接地方式的优点是比较简单，齐电路的接地线电阻较人，所以在设备机柜屮是常用的一种接地方式。 但

17、是，如果各电路的地线中电流相差不很人时，就不能使用，因为各电路会通过接地线相互影响。在釆用这种接地方式时还必须注意耍把般拓电平电路放在最靠近接地点的A处，以使B点及C点的电位升高 最小。但是，如果各电路的地线中电流相差不很人时，就不能使用，因为为电路会通过接地线相互影响。在采用这种接地方式时还必须注意耍把最高电'卜电路放在最霜近接地点的A处，以使B点及C点的电位升高最小。一般來说，频率在1MHz以卜时可釆用单点接地方式，当频率爲J- lONfHz时，应采用多点接地方式；当频率在L10 MHzZ间时，如地线长度小J; X / 20,则可用单点接地，否则应采用多点接地。4、复合接地实际情况

18、比较复杂，很难通过一种简单的接地方式来解决，而常常采用单点和多点组介成复合接地方式，如图所示:复合接地系统可根据整个系统的安排，对某些扃部高频电路采卅女点接地方式。如果某些单机和单元靠近接地排， 就采用单点接地方式：而各组设备或单元为了避免接地线过氏又可采用多点接地。总的接地排山J：比较机，阻抗匕较 小，可以认为就是“大地5、低频及高频接地网络的要求综上所述，可以把对J：低频和高频接地网络的要求归纳如卜I对于低频(viMHz)和公共接地面尺寸小的情况(/< X /20),要选用单点接地方式.对J：高频(>10MHz丿和公共接地面尺寸人的情况(/> X /20),应采用多点接地

19、方式。介J：上述两者之间的情况，频率为1-10MHz及接地面尺寸为/ = x /20时，一般可釆用单点和多点的复介接地方式。信号电路中常用的濾波器及其特点如F：(1) Buttenvorth形式在通带中幅度响应比较平滑，但通带，特别是在截止频率附近右些相位和时间延迟畸变.波形的瞬态响应往往会出现“过冲”的现彖。(2) Techeby Cheff形式 彳:通带中幅频响应有小小的波动，但在阻带外比Butterw orth形式的快，衰减率口J以任意选择, 其代价是通帯的允许波动值(从0.1 dB至IdBD)、时间延迟及相位畸变较Buttenvorth响应的耍人，但“过冲”现彖要小一 些。Bessel

20、形式在通带中貝有最佳的平滑和时间延迟响应，其结果是貝有最小的波形“过冲”，但上升时间却较Butterworth 及 Te cheby Cheff 形式的都长。(4)Butter orth Thompson形式这种结构的上冲及幅度平滑性质比Butterworth形式的基些，“过冲"性能比Bessel形式的又差一些。Elliptic形式这种形式兼仃陀川"y C7m#的鴨频响应及滤波的阻带处急剧衰减的优点。但其瞬态响应相对差一些。(1)频带定标当截止频率为fc并以Hz为单位时La=Lb /2 叮c：Ca =Cb /2 町c式中下角标志“、b分别表示定标后及定标前之数值。(2丿边界

21、阻抗定标当源阻抗及负载阻抗均为R时，La=RLb：Ca=Cb/R(3丿频带及边界阻抗合并定标La=RLb /2 町c；Cci=Cb/2 叮cR例如：一高频接收机匸作J： 2-3OMHZ的频率范由，要求不受附近电视发射台的影响。经分析电视台的第四频道 (66-72MHZ)的频率般靠近接收机的工作频率，耍求干扰至少衰减30dB。因此应设计一个低通滤波器，接收机的人线阻 抗为72 0。解：按题意低通滤波器的截止频率冗应略人J - 30MHz.可选取为32M比，而最低的干扰频率fc=66MHj因此归一化 (相对丿的频率为66MHz /32MHz =2.06,査表可知，为了在66MH：处获得30dB的衰

22、减，应采用5级滤波器。可查得Buttenvorth形式低通滤波器原型的尤件值(”=5),如卜图所示又根据边界条件，R=72Q及截止频率fc=32MH二,则元件的参数可以转换为:Cl = C5=Cb/R2 町c=0618/72X2 刃 X32 X 106=43pFL2=L4=RLb/2 町c=72X0.618/2 n X32 X 106=0.58 uHC3=Cb/R2 町c=2.00/72X2 n X32 X 106=138pF 最后设计的滤波器如下图(a)所示。72 Q设计一个需通滤波器，其截止频率为1MHz.在250kHz处衰减70dB,输入及输出阻抗均为600 0 ifu在通带中耍求尽 可

23、能的福频响应。我们仍选择Butterworth形式。根据阻带的衰减耍求，当川一化频率为1MHz /250kHz=4时，要求衰减70dB°可以查 得，要满足70dB的衰减，应取级数n=6°参照低通滤波器原型图，町以选取所耍求的高通滤波器的原型图如门査找元件值时，记取士口為=0 &F1.932H再通过频率和阻抗的定标转换,R=600Q,岛 “707Ffc=106Hz.则实际滤波器的电容值C“及电感值L“为:1.932= ZnRj =莎応而7? = 512p Fc;C?=石就莎7諦订？ T37pF0.5180-707= 2600 X 10s = 188pF匸=4存=嘤曲畀

24、=67心H如一 2.TX10 RL 600X 0.518- 厂严而;=亏帀6 = 494叩j?L： 600X 1,8323_2“一 2jrX10e因此按耍求设计的高通滤波器如卜图所示:6O0Q作为电源滤波器应考股共模下扰和差模干扰的滤波。所谓共模干扰是指公共电源线的相线、屮线及安全地线均感应同 样幅度及相位的干扰。所谓差模干扰系指公共电源线中和线与中线所感应的干扰幅度人体相等但相位相差1800.差模 干扰主要来源于公共电源线上连接的其他设备。址垒本的共模滤波器是在电源线的相线和中线上均串接扼流圈构成，而且分别接电容器Cy至地线，如卜图所示。址卑本的差模滤波器是在扼流圈在相线和中线Z间跨接电容C

25、“如卜图所示屯子设条H前的电源滤波器是指将共模和差模滤波器结合起来，如卜图所乐mnn采用电流补偿扼流圈的整个电源滤波器为如卜图所示:通过一对平行导体在两点Z间传输数字和模拟信兮，该平行导体就称为传输线。考虑如图所示传输线，在f=0时刻，接入电压30V,源阻抗为0的电池，传输线总长L=400m,波的传播速度为卩= 200m/us,特性阻抗为ZC=50Q,负我电阻为100 Q,则在负载端的反射系数为：厂乙=(10050)/( 100+50尸1/3,源端 的反射系数为；厂S=(O-5O”(O5O -1,单向传输时间为TD=£a=2 p SoZc=50 ov 20frn/4 3100 oG-

26、1/3L=4O0fn在z=L处这些波的总和如卜图所示:V(U)40V531.11V26 67V29.63V55810 12 14 1618考虑一根长为0.2m的传输线，如卜图所示，源端电斥为20V, Ins持续时间的脉冲.特性阻抗为100Q.传播速度为2 X108m/s,源端电阻为300 Q,负载端开路。画出传输线输入端和负载端的电压。Re300 Q VsftYVVs(t)(、丿Z 胡 00QV(O,t)v=2xlO0m/sV(L,t)20VFu = 0.50.2mr, =1TD=1ns1ns55解：源端的反射系数为：=益罟专负载端的反射系数为一誥"单向时延为：口先*画源端电压的波形V(0J)