电磁兼容讲义

1、电 磁 兼 容 设计北京交通大学电磁兼容实验室2005 年 9 月EMC 要求元器件电 路设 备系 统 都必须互不干扰，正常工作，达到电磁兼容。构成干扰三要素EUTEUT骚扰源传输途径敏感设备空间辐射的电磁波导线传导的电压电流传输途径 一. 空间辐射 差模电流辐射和共模电流辐射远场 电磁感应近场 电磁耦合 二. 导线传导共阻抗耦合 共电源线 差模方式 共地线 差模方式地环路干扰 地电位差 共模方式 周围强场 共模方式 22共模和差模 差模电流：线-线电流：大小相等方向相反 差模电压：线-线间电压 共模电流：二线间方向相同 共模电压：线-线间电压 有用信号都是差模的，骚扰可能是差模的，也可能是共

2、模的。空间辐射电磁波 电场天线 高电压小电流 磁场天线 低电压大电流 根据麦克斯韦方程，变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场。 设备内每个电路都可能是天线，机壳和电缆都可能是天线的一部分。设备内天线示意图信号源传输线负载组成电流环路，包括信号环路、电源供电环路、输入和输出环路；当负载阻抗小、环路电流大、电压低时相当于磁场天线；当负载阻抗大、环路电流小、电压高时相当于电场天线。磁场天线电场天线磁场天线的差模电流辐射 平行双线环路在远场时的电场强度2222120E/,1,100,50340.8/40/BIAV mEA frAcmImA fMHzrmEdBV mdBV m例：，测量距离超过GB

3、9254规定的 级产品辐射限值。减小差模电流辐射的措施 尽量减小环路面积 频率越高，辐射越强，尽量 减小有用信号的高次谐波成分。 信息技术设备的工作信号是数字脉冲信号，具有很宽的频带，从电磁兼容角度应该考虑的最高频率为时钟频率的10倍或者为1/tr, tr为脉冲的上升沿时间，即脉冲的前沿越陡峭或脉冲的重复频率越高，则脉冲包含的高频能量越大。骚扰的频谱分析骚扰的频谱分析骚扰的频谱分析（续）骚扰的频谱分析（续） 采取屏蔽方法 机箱的屏蔽效能由孔缝直径决定，机箱孔缝等效于二次发射天线。 孔缝长度等于半波长的整数倍时，漏泄能量最大。 对于固定的孔缝长度，频率越高，泄漏越严重。 机箱屏蔽的改进 设计中使

4、缝隙尺寸满足要求: 商用设备：d/20，20dB 军用设备：d环路电感 共模源 不对称电场天线。2、电压驱动模式： 信号电压 架空金属对地的电位差（共模源） 耦合电容C 不对称电场天线。共模电流辐射的抑制方法共模电流辐射的抑制方法使用铁氧体磁环共模去耦电容共模电源滤波器 采用屏蔽电缆、屏敝连接器改进产品内部结构的设计与布置 铁氧体滤波器及其等效电路铁氧体滤波器及其等效电路 图图17 铁氧体滤波器及其等效电路铁氧体滤波器及其等效电路抑制原理和注意事项 铁氧体磁环在高频时呈电阻性，所以能消耗高频共模电流。 共模电流在连接线上是有一定分布的，因此铁氧体磁环应放在电流较高的位置上，一般放在连接线的引出

5、处。 铁氧体磁环是否起作用取决于共模天线的阻抗。专用专用EMCEMC地地带共模去耦器的插座共模滤波 器图图15 电源滤波器的典型结构电源滤波器的典型结构滤波器的正确安装滤波器的正确安装 图图16 电源滤波器的正确安装电源滤波器的正确安装采用屏蔽电缆和屏蔽连接器 如果要求传输信号的速率较高，边缘较陡，则串接滤波器就可能把有用信号的高频部分也滤掉，从而影响信号的正常传输。这时就只能采用屏蔽的方法 。 屏蔽层应保持电连续性和一致性，要求电缆屏蔽层和连接器插头的金属外壳要有360度的完整搭接，不能出现“猪尾巴”现象 。改进产品内部结构的设计与布置 印制电路板设计 #尽量减小供电环路和信号环路的面积；

6、#尽量减小回流地线的阻抗； #在PCB的上方不允许有任何电气上没有连接并悬空的金 属存在等等。 各部件和电路的安排 相互连接线的布置 设备内的近场电磁耦合 设备内各个环路之间的电距离较短，一般为近场，近场的场型很复杂，不易计算，因此相互间的电磁干扰常用： 电容耦合代替电场干扰， 电感耦合代替磁场干扰， 从而把场的问题转化为路的问题，简化了计算。近场与远场的比较远场近场1.场强2.方向在传播方向上有分量3.波阻抗电偶极子是高阻抗场磁偶极子是低阻抗场rHE1,321,1,rrHESHE3770HES近场电磁耦合的抑制方法 减小环路面积，避免环套环。不相容的电路应远离。不相容的信号线不要平行走线。更

7、不能绑扎在一起。分布在不同层上的信号线走向应相互垂直。 采用屏蔽的方法 屏蔽电缆：单端接地-电场屏蔽 双端接地-磁场屏蔽 双绞线： 磁场屏蔽 导线的共阻抗耦合 共电源阻抗耦合 解决办法： #去耦电容； #减少供电线路阻抗； #不相容电路各自供电； 共地线阻抗耦合解决办法：分地 单点并联接地 单点串联接地 多点接地传输线阻抗对信号完整性的影响 短线（l /20 或 td tr/4 ）振荡 长线时由于阻抗不匹配产生的反射 地环路干扰产生原因：地电位差 ，周围强场。共模骚扰电流在负载上产生的差模骚扰电 压，才能起到干扰作用。 地环路干扰的抑制 采用平衡电路采用平衡电路 隔离变压器隔离变压器 共模扼流圈共模扼流圈 光电耦合器光电耦合器 光纤传输光纤传输敏感设备受干扰的基本原理 设备内的天线是互易的，既可发射，也可接受。 空间电磁波的接收： 磁场天线： 电场天线： 对应于EMS测量中的：RS，ESD等。 导线传导骚扰的接收：主要是以共模方式进入的骚扰。 对应于EMS测量中的：CS，EFT，浪涌等 cos2 fBAe 有效长度Ele 共模传导骚扰的加入敏感设备的抗干扰措施 设备的抗干扰措施和抑制设备的电磁发射措施往往是互易的。 正确的屏蔽、滤波、接地、平衡、隔离措施起到