EMC第二章 电磁兼容测试的基础知识

1、1第二章第二章电磁兼容测试的基础知识电磁兼容测试的基础知识 主题内容：电磁干扰与电磁敏感度电磁干扰与电磁敏感度传导干扰与辐射干扰模型传导干扰与辐射干扰模型测量值的基本单位测量值的基本单位测量接收机测量接收机定量测试与环境电平定量测试与环境电平测试系统中干扰及其形成机理（测试系统中干扰及其形成机理（补充补充1 1）信号完整性问题及其解决方法信号完整性问题及其解决方法（高速数字系统（高速数字系统中的信号完整性中的信号完整性及其产生机理）及其产生机理）（补充补充2 2）1.1.印制板与整机印制板与整机/ /系统在辐射干扰及传导干扰的规系统在辐射干扰及传导干扰的规定值的理解与执行方面的差异定值的理解与

2、执行方面的差异（补充补充3 3） 2第一节第一节电磁干扰与电磁敏感度电磁干扰与电磁敏感度 一、一、 定义定义 由电磁骚扰源发射的电磁能量，经过耦合途径传输到敏感设由电磁骚扰源发射的电磁能量，经过耦合途径传输到敏感设备，这个过程称为电磁干扰效应。因此，形成电磁干扰后果必备，这个过程称为电磁干扰效应。因此，形成电磁干扰后果必须具备三个基本要素。须具备三个基本要素。所有形成的电磁干扰都是由三个基本要素组合而产生所有形成的电磁干扰都是由三个基本要素组合而产生的。它的。它们是：电磁干扰源；对该干扰能量敏感的接收器；将电磁干扰们是：电磁干扰源；对该干扰能量敏感的接收器；将电磁干扰源传输到接收器的媒介，即传

3、输通道。相应地源传输到接收器的媒介，即传输通道。相应地对抑制所有电磁对抑制所有电磁干扰的方法也应由这三要素着手解决干扰的方法也应由这三要素着手解决。电磁干扰电磁干扰由电磁骚扰造成的一个器件、一台设备或一个由电磁骚扰造成的一个器件、一台设备或一个系统的性能下降。系统的性能下降。电磁骚扰电磁骚扰可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能可能引起一个器件、一台设备或一个系统性能降级的任何一种电磁现象。降级的任何一种电磁现象。注意：注意：电磁干扰与电磁骚扰定义区别和内在关系！电磁干扰与电磁骚扰定义区别和内在关系！3(1)(1)电磁骚扰源电磁骚扰源 任何形式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使任何形

4、式的自然现象或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其他设备、分系共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其他设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，这种自然现象或电能装置即称为电磁骚扰源。或电能装置即称为电磁骚扰源。(2)(2)耦合途径耦合途径 耦合途径即传输电磁骚扰的通路或媒介。耦合途径即传输电磁骚扰的通路或媒介。(3)(3)敏感设备敏感设备 敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导

5、致时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危害，导致性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。性能降级或失效的器件、设备、分系统或系统。 需要强调的是需要强调的是：许多器件、设备、分系统或系统可以既是：许多器件、设备、分系统或系统可以既是电磁骚扰源又是敏感设备。电磁骚扰源又是敏感设备。4 为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素出发，运用技术和组织两方面措施。出发，运用技术和组织两方面措施。 所谓所谓技术措施技术措施，就是，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备着手，采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减感设备着手，

6、采取有效的技术手段，抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平性电平； 所谓所谓组织措施组织措施就是就是对人为骚扰进行限制对人为骚扰进行限制，并验证所采用，并验证所采用的技术措施的有效性。同时还必须采取、制订和遵循一套完的技术措施的有效性。同时还必须采取、制订和遵循一套完整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，分析电磁环境并选择布置地域，分析

7、电磁环境并选择布置地域，进行电磁兼容性管理进行电磁兼容性管理等。等。 5二、二、 电磁环境电磁环境 电磁环境是提出和确定设备或系统电磁兼容设计电磁环境是提出和确定设备或系统电磁兼容设计指标要求，实施电磁兼容的前提。指标要求，实施电磁兼容的前提。不同的电磁环境对不同的电磁环境对电磁兼容指标的要求也不一样电磁兼容指标的要求也不一样。 电磁环境由各种电磁骚扰源组合而成。电磁环境由各种电磁骚扰源组合而成。因此，电因此，电磁环境即设备、分系统或系统在执行任务时，可能遇磁环境即设备、分系统或系统在执行任务时，可能遇到到各种电磁骚扰源的数量、种类分布以及在不同频率各种电磁骚扰源的数量、种类分布以及在不同频率

8、范围内功率或场强随时间的分布等有关电磁作用状态范围内功率或场强随时间的分布等有关电磁作用状态的总和的总和。同时，在分析电磁环境时，还同时，在分析电磁环境时，还。6电磁环境的有害影响主要表现形式为：电磁环境的有害影响主要表现形式为：接收机等敏感设备性能降级；接收机等敏感设备性能降级；机电设备、电子线路、元器件等误动作；机电设备、电子线路、元器件等误动作；烧毁或击穿元器件；烧毁或击穿元器件；电爆装置、易燃材料等意外触发或点燃等。电爆装置、易燃材料等意外触发或点燃等。电磁环境产生有害影响的基本途径电磁环境产生有害影响的基本途径是：是：预期和非预期发射通预期和非预期发射通过敏感设备的接收通道，如天线、

9、传输线、电源线、壳体等进入过敏感设备的接收通道，如天线、传输线、电源线、壳体等进入系统，以及对非预期能量的响应或由于非预期响应而进入系统。系统，以及对非预期能量的响应或由于非预期响应而进入系统。消除这种有害影响的方法主要是设备或系统的消除这种有害影响的方法主要是设备或系统的EMCEMC设计以及频谱管设计以及频谱管理等组织措施和技术措施。理等组织措施和技术措施。 电磁环境分析主要是电磁环境分析主要是分析骚扰源、骚扰特性和类型、综合电磁分析骚扰源、骚扰特性和类型、综合电磁环境的电平危害等级、区分导致性能降级的环境电平和造成永久环境的电平危害等级、区分导致性能降级的环境电平和造成永久性损坏的电平，特

10、别是性损坏的电平，特别是估计最恶劣的环境电平估计最恶劣的环境电平。 7三、三、 电磁干扰的特性与分类电磁干扰的特性与分类（一）电磁骚扰的特性（一）电磁骚扰的特性电磁骚扰的特性主要由以下七项参数描述：电磁骚扰的特性主要由以下七项参数描述：1规定带宽条件下的发射电平规定带宽条件下的发射电平长期以来，一直延用宽带或窄带发射的概念，也就是将大于长期以来，一直延用宽带或窄带发射的概念，也就是将大于参考带宽的骚扰或信号认为是宽带的，而将小于参考带宽的骚扰参考带宽的骚扰或信号认为是宽带的，而将小于参考带宽的骚扰或信号认为是窄带的。这里，参考带宽即测量仪器的带宽或分辨或信号认为是窄带的。这里，参考带宽即测量仪

11、器的带宽或分辨率带宽。率带宽。 由于对这个概念的理解很不一致，因而出现操作不一致的现由于对这个概念的理解很不一致，因而出现操作不一致的现象。为了避免因此而引发的问题，逐渐倾向于取消宽带和窄带的象。为了避免因此而引发的问题，逐渐倾向于取消宽带和窄带的概念，而规定固定带宽，并将所有频域极限值用正弦波等效均方概念，而规定固定带宽，并将所有频域极限值用正弦波等效均方根值根值( (RMS)RMS)表示，对所有发射极限值进行鉴定。表示，对所有发射极限值进行鉴定。 规定带宽条件下的发射电平就成为电磁骚扰的重要特性规定带宽条件下的发射电平就成为电磁骚扰的重要特性。82频谱宽度频谱宽度按照电磁骚扰能量的频率分布

12、特性，可以确定其频谱宽度。按照电磁骚扰能量的频率分布特性，可以确定其频谱宽度。连续波骚扰中，交流声骚扰的频谱宽度最窄，而脉冲骚扰中，连续波骚扰中，交流声骚扰的频谱宽度最窄，而脉冲骚扰中，单位脉冲函数的频谱宽度最宽。单位脉冲函数的频谱宽度最宽。频谱宽度是决定电磁骚扰频率范围的重要指标频谱宽度是决定电磁骚扰频率范围的重要指标。3波形波形 电磁骚扰有各种不同的波形。电磁骚扰有各种不同的波形。波形是决定电磁骚扰频谱宽波形是决定电磁骚扰频谱宽度的一个重要因素度的一个重要因素。以脉冲波形为例，由于脉冲频谱中的低频。以脉冲波形为例，由于脉冲频谱中的低频含量主要取决于脉冲的面积，而高频含量与脉冲前后沿的陡度含

13、量主要取决于脉冲的面积，而高频含量与脉冲前后沿的陡度有关，前后沿越陡，所占频谱宽度就越宽。因此，从减小骚扰有关，前后沿越陡，所占频谱宽度就越宽。因此，从减小骚扰的角度考虑，脉冲前后沿时间应尽可能缓慢。的角度考虑，脉冲前后沿时间应尽可能缓慢。 94出现率出现率电磁骚扰场强或功率随时间的分布与电磁骚扰的出现率有关。电磁骚扰场强或功率随时间的分布与电磁骚扰的出现率有关。按电磁骚扰的出现率可分为按电磁骚扰的出现率可分为周期性骚扰、非周期性骚扰和随机骚周期性骚扰、非周期性骚扰和随机骚扰扰三种类型三种类型。 周期性骚扰是指在确定的时间间隔内能重复出现的骚扰；周期性骚扰是指在确定的时间间隔内能重复出现的骚扰

14、； 非周期性骚扰虽然不能在确定的周期内重复出现，但其出现非周期性骚扰虽然不能在确定的周期内重复出现，但其出现时间是确定的，而且是可以预测的；时间是确定的，而且是可以预测的； 随机性骚扰则不能按预测的方式出现和变化，它随机性骚扰则不能按预测的方式出现和变化，它般采用概般采用概率论的统计方法进行描述。率论的统计方法进行描述。 周期性骚扰和非周期性骚扰一般都是功能性的周期性骚扰和非周期性骚扰一般都是功能性的，即为了用于，即为了用于某种特定的目的而产生的骚扰，如电源产生的交流声骚扰，指令某种特定的目的而产生的骚扰，如电源产生的交流声骚扰，指令脉冲产生的骚扰等；脉冲产生的骚扰等；随机骚扰可能是一种冲击噪

15、声随机骚扰可能是一种冲击噪声，如内燃机电，如内燃机电火系统、马达电刷产生的电火花等，也可能是热噪声或热噪声与火系统、马达电刷产生的电火花等，也可能是热噪声或热噪声与冲击噪声的组合。冲击噪声的组合。105辐射骚扰的极化特性辐射骚扰的极化特性极化特性指在空间给定点上，极化特性指在空间给定点上，骚扰场强矢量的方向随时间变骚扰场强矢量的方向随时间变化的特性化的特性，取决于天线的极化特性取决于天线的极化特性。当骚扰源天线和敏感设备天。当骚扰源天线和敏感设备天线极化特性相同时，辐射骚扰在敏感设备输入端产生的感应电压线极化特性相同时，辐射骚扰在敏感设备输入端产生的感应电压最强。最强。6辐射骚扰的方向特性辐射

16、骚扰的方向特性骚扰源朝空间各个方向辐射电磁骚扰骚扰源朝空间各个方向辐射电磁骚扰，或敏感设备接收来自，或敏感设备接收来自各个方向的电磁骚扰的能力是不同的，描述这种辐射能力或接收各个方向的电磁骚扰的能力是不同的，描述这种辐射能力或接收能力的参数称为方向特性。能力的参数称为方向特性。7天线有效面积天线有效面积这是表征这是表征敏感设备接收骚扰场强能力的参数敏感设备接收骚扰场强能力的参数。显然，天线有。显然，天线有效面积越大，敏感设备接收电磁骚扰的能力也越强。效面积越大，敏感设备接收电磁骚扰的能力也越强。11（二）分类（二）分类电磁干扰的分类方法很多，常见的有：电磁干扰的分类方法很多，常见的有：按照发生

17、源划分按照发生源划分-干扰源的性质干扰源的性质内内/外自然外自然/人为人为按照传播路径划分按照传播路径划分-传导传导/辐射辐射1. 按作用时间划分按作用时间划分-连续干扰、间歇干扰和瞬变干扰。连续干扰、间歇干扰和瞬变干扰。4按频带划分按频带划分-窄带干扰和宽带干扰。窄带干扰和宽带干扰。12电磁干扰源类别电磁干扰源类别干扰源的性质干扰源的性质自然干扰源类别自然干扰源类别 人为干扰源类别13内内部部干干扰扰源源类类别别干干扰扰传传输输路路径径14图干扰传播路径的复杂性15其它分类：其它分类：按照干扰的产生原因划分按照干扰的产生原因划分例如：造成数字电路工作不正常的干扰可分为：例如：造成数字电路工作

18、不正常的干扰可分为：电源干扰电源干扰反射反射振铃（振铃（LC共振）：上冲、下冲共振）：上冲、下冲状态翻转干扰状态翻转干扰串扰干扰（相互干扰、串音）串扰干扰（相互干扰、串音）直流电压跌落。直流电压跌落。16其它分类：其它分类：按照设备工作电源的干扰类型按照设备工作电源的干扰类型v出现在输出端子上的干扰（电流交流声，尖峰脉冲噪出现在输出端子上的干扰（电流交流声，尖峰脉冲噪声，回流噪声）；声，回流噪声）；v影响内部工作的干扰（开关干扰，振荡，再生噪声）影响内部工作的干扰（开关干扰，振荡，再生噪声）：q高次谐波干扰；高次谐波干扰；q保护继电器，开关的震颤干扰；保护继电器，开关的震颤干扰；q雷击浪涌干扰

19、；雷击浪涌干扰；q尖峰脉冲干扰；尖峰脉冲干扰；q喷射环电弧。喷射环电弧。 17四、四、电磁干扰量值的表征电磁干扰量值的表征电磁干扰的表征基本上有两种：电磁干扰的表征基本上有两种：频域表征：用与频率有关的频谱特性来表示；频域表征：用与频率有关的频谱特性来表示；时域表征：用与时间有关的特性来表示；时域表征：用与时间有关的特性来表示； （幅值、前沿、宽度等）（幅值、前沿、宽度等）例如：例如：构成电磁干扰的场源很多，按频谱划分，则可粗略构成电磁干扰的场源很多，按频谱划分，则可粗略分为以下五类：分为以下五类：(1)工频干扰；工频干扰；(2)甚低频干扰；甚低频干扰；(3)载频干扰：载频干扰：(4)射频、视

20、频干扰射频、视频干扰(5)微波干扰微波干扰18五、五、 电磁敏感度特性电磁敏感度特性 关于电磁敏感性，关于电磁敏感性，GB/T4365 GB/T4365 是这样定义的：是这样定义的： 。 从测量和测试的角度看，我们所关心的是一些从测量和测试的角度看，我们所关心的是一些敏感设备在遇到辐射或传导干扰时，其工作状态敏感设备在遇到辐射或传导干扰时，其工作状态会发生怎样的变化会发生怎样的变化。 电磁敏感度特性测试电磁敏感度特性测试关注的是被测件刚刚关注的是被测件刚刚出现性能降低时外部施加的干扰量出现性能降低时外部施加的干扰量！19第二节第二节传导干扰与辐射干扰模型传导干扰与辐射干扰模型一、传导干扰与传输

21、通道模型一、传导干扰与传输通道模型 电磁干扰源中的电磁干扰源中的2大类：大类：传导干扰和辐射干扰传导干扰和辐射干扰传导干扰：是指传导干扰：是指沿着导体传播沿着导体传播的，所以任何导体，的，所以任何导体，如导线、传输线、电感器、电容器等都是传导干扰的如导线、传输线、电感器、电容器等都是传导干扰的传输通道。传输通道。 形成干扰的主因有形成干扰的主因有及及。201 1、 传导干扰源传导干扰源 传导干扰源按带不带信息可以分为信息传导干扰源和电传导干扰源按带不带信息可以分为信息传导干扰源和电磁噪声传导干扰源两类磁噪声传导干扰源两类：信息传导干扰源指的是带有信息的：信息传导干扰源指的是带有信息的无用信号对

22、接收器产生干扰。电磁噪声传导干扰源指的是不无用信号对接收器产生干扰。电磁噪声传导干扰源指的是不带任何信息的电磁噪声对接收器产生的干扰。带任何信息的电磁噪声对接收器产生的干扰。 例如：电源开关的瞬间产生的火花对一个敏感电路就可能例如：电源开关的瞬间产生的火花对一个敏感电路就可能会产生干扰。会产生干扰。 一个带信息的信号在一个通道中是有用的信号，如果它进一个带信息的信号在一个通道中是有用的信号，如果它进入别的通道中去，就是带信息的无用信号，将对别的通道形入别的通道中去，就是带信息的无用信号，将对别的通道形成干扰成干扰。 由此看出，由此看出，任何一个电子设备都可能成为一个干扰源任何一个电子设备都可能

23、成为一个干扰源。212、传导电磁干扰传导电磁干扰通道通道传导电磁干扰的途径传导电磁干扰的途径称之为传导电磁干扰传输通道。传称之为传导电磁干扰传输通道。传输通道能把（传导）干扰源所产生的电磁干扰沿着传输通道输通道能把（传导）干扰源所产生的电磁干扰沿着传输通道线路传给接受器的输入端，并且在接受器中产生相应的干扰线路传给接受器的输入端，并且在接受器中产生相应的干扰电流和电压。电磁干扰传输通道是电磁干扰三要素之一，因电流和电压。电磁干扰传输通道是电磁干扰三要素之一，因此，研究电磁干扰传播问题就是研究此，研究电磁干扰传播问题就是研究问题。问题。 传导电磁干扰传输是指传导电磁干扰传输是指设备或电路与其他设

24、备或电路之设备或电路与其他设备或电路之间的电联系间的电联系，这种传输能，这种传输能把一个设备或电路中的电流和电压，把一个设备或电路中的电流和电压，通过传输途径在另一个设备或电路里产生相应的电流或电压通过传输途径在另一个设备或电路里产生相应的电流或电压。因此传输起着把电磁能量从一个设备或电路传送到另一个因此传输起着把电磁能量从一个设备或电路传送到另一个设备或电路中去的作用。设备或电路中去的作用。223、传导电磁干扰频谱、传导电磁干扰频谱 。这里需要讨论频率问题这里需要讨论频率问题传导干扰信号的频谱。测传导干扰信号的频谱。测量表明，传导干扰信号的频谱由最低可测的频率到量表明，传导干扰信号的频谱由最

25、低可测的频率到1GHz以上的频段都有出现。以上的频段都有出现。 通常情况下，频通常情况下，频率最高为几十率最高为几十MHz以以下，这是因为下，这是因为。常见的传导干扰源及传导干扰频谱范围常见的传导干扰源及传导干扰频谱范围234 4、抑制传导干扰的有效办法、抑制传导干扰的有效办法构成干扰的三要素是干扰源、传输通道、接收器。构成干扰的三要素是干扰源、传输通道、接收器。因而，抑制传导干扰也应从这三个方面着手研究。因而，抑制传导干扰也应从这三个方面着手研究。A A）传导干扰源的处理传导干扰源的处理 (1) (1)如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线圈、变压器等，如果传导干扰源是产生强电磁场元件，如线

26、圈、变压器等，在在布置时布置时应应远离接收器或加以屏蔽远离接收器或加以屏蔽。 (2) (2)如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、如果传导干扰源是频率相同的电路，如接收机的高频放大、输入及振荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此输入及振荡电路，它们之间的交链容易引起自激振荡，因此布置布置应相隔远些应相隔远些。 (3) (3)移去移去对系统工作对系统工作无用的无用的、有潜在的干扰设备的、有潜在的干扰设备的电源电源。 (4) (4)应应尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分尽可能使设备工作在设计曲线线性最好的部分，以便输，以便输出所含谐波分量最小。出所含谐波分量最小。2425

27、(5)(5)如果干扰源的工作波形是脉冲形状，应控制跃变时间如果干扰源的工作波形是脉冲形状，应控制跃变时间。因。因为为且且时，时，随着随着，。 所以一个控制装置或其他脉冲的上升时间只需快到能在指定所以一个控制装置或其他脉冲的上升时间只需快到能在指定的时间内保证可靠工作即可。的时间内保证可靠工作即可。(6)(6)电弧放电：当两个物体之间的电位差大到足以使它们之间电弧放电：当两个物体之间的电位差大到足以使它们之间的绝缘击穿时就会产生电弧。因此的绝缘击穿时就会产生电弧。因此要尽量避免出现电弧放电要尽量避免出现电弧放电。电弧放电的能量取决于产生放电现象的触点闭合的形式，因电弧放电的能量取决于产生放电现象

28、的触点闭合的形式，因而要选择好触点的形式。而要选择好触点的形式。 26B）传输通道的处理传输通道的处理(1)(1)缩短电磁干扰传输通道的长度，缩短电磁干扰传输通道的长度，；(2)(2)将带有电磁干扰的导线和元件与连接接收器的将带有电磁干扰的导线和元件与连接接收器的；(3)(3)将将带有电磁干扰的元件的回线与接收器带有电磁干扰的元件的回线与接收器开来；开来；(4)(4)用粗的隔离线和隔离套来用粗的隔离线和隔离套来；(5)(5)各级电路的连接导线应尽可能缩短，尤其是高频电路布置；各级电路的连接导线应尽可能缩短，尤其是高频电路布置；(6)(6)对高频电路，应尽量避免平行排列导线，特别不能像低频对高频

29、电路，应尽量避免平行排列导线，特别不能像低频电路那样将各种导线扎成一束。一些可能引起交链的导线，如电路那样将各种导线扎成一束。一些可能引起交链的导线，如晶体管晶体管c c、b b极引出导线，放大器的输入输出导线，应极引出导线，放大器的输入输出导线，应；27(7) (7) ，以使感应电压减到最小。当频率升到高频，以使感应电压减到最小。当频率升到高频时，引线会呈现串联电感，甚至合成电阻也会出现引线电感，这时，引线会呈现串联电感，甚至合成电阻也会出现引线电感，这些电感再加上杂散电容则可能形成并联谐振回路。由于介质损耗些电感再加上杂散电容则可能形成并联谐振回路。由于介质损耗电容器也会呈现串联电阻，并有

30、引线电感，因此，在设备的布线电容器也会呈现串联电阻，并有引线电感，因此，在设备的布线设计时，必须十分注意，以减少这些效应；设计时，必须十分注意，以减少这些效应；(8)(8)产生电磁干扰的元件应尽量产生电磁干扰的元件应尽量靠近靠近与它们与它们相关联的负载相关联的负载，以，以；(9)(9)由同一电源总线馈电的几个设备之间，必须由同一电源总线馈电的几个设备之间，必须。在干扰极严重的情况下，可以用齐纳二极管或。在干扰极严重的情况下，可以用齐纳二极管或的方的方法来隔离设备间的耦合。有时需要对潜在的干扰源法来隔离设备间的耦合。有时需要对潜在的干扰源( (如触发器及如触发器及其他数字电路其他数字电路) )和

31、敏感器件和敏感器件( (如低电平场效应晶体管放大器如低电平场效应晶体管放大器) )；(10)(10)滤波器对于防止干扰以及把信道中的能量输送到指定的滤波器对于防止干扰以及把信道中的能量输送到指定的设备上是很重要的。例如，电源线设备上是很重要的。例如，电源线应该应该在靠近直流电在靠近直流电动机处，把动机处，把型滤波器接到电动机上能使射频电流和电动机的地型滤波器接到电动机上能使射频电流和电动机的地短接。短接。28C）接收器处理接收器处理(1)尽量少用低电平器件，只使用完成任务所需的尽量少用低电平器件，只使用完成任务所需的灵敏度。灵敏度。(2)移去那些在系统工作时不需要的接收器的电源。移去那些在系统

32、工作时不需要的接收器的电源。(3)对电磁场感应敏感的接收器如果可能的话可加屏对电磁场感应敏感的接收器如果可能的话可加屏蔽。蔽。传导干扰源的处理方法同样适用于接收器！传导干扰源的处理方法同样适用于接收器！29D）高速高速/高频电路版（高频电路版（PCB）电磁兼容设计举例电磁兼容设计举例 系统时钟速度的提高系统时钟速度的提高 布线密度的提高布线密度的提高 信号完整性问题信号完整性问题 EMC中的串扰、非预期响应中的串扰、非预期响应 建立元器件的仿真模型假设性仿真确定布线参数约束系统布线及线仿真板级仿真PCB传输线效应高速信号电路设计PCB高速信号布线PCB高速时钟信号布线BGA封装的焊盘设计30

33、：当骚扰源（系统当骚扰源（系统1 1输出）与受害者（系统输出）与受害者（系统2 2输人）共用一输人）共用一个地时，则由于个地时，则由于A A的输出电流流过的输出电流流过X XX X段的公共阻抗，在段的公共阻抗，在B B的输人端的输人端产生电压。公共阻抗仅仅是由一段导线或印制板走线产生的。产生电压。公共阻抗仅仅是由一段导线或印制板走线产生的。 因为导线的阻抗呈感性，因此输出中的高频或高因为导线的阻抗呈感性，因此输出中的高频或高dididtdt分量分量将更容易耦合。当输出和输人在同一系统时，公共阻抗构成乱真反将更容易耦合。当输出和输人在同一系统时，公共阻抗构成乱真反馈通路，这可能导致振荡。馈通路，

34、这可能导致振荡。31 解决方法如图所示，在这个方法中，分别连接两个电路，因解决方法如图所示，在这个方法中，分别连接两个电路，因而在两个电路之间没有公共通路，也就没有公共阻抗。这个方法而在两个电路之间没有公共通路，也就没有公共阻抗。这个方法的代价是多用一根导线。这个方法可用于任何包含公共阻抗的电的代价是多用一根导线。这个方法可用于任何包含公共阻抗的电路，例如电源汇流条连接。大地是公认的最常见的公用阻抗因素，路，例如电源汇流条连接。大地是公认的最常见的公用阻抗因素，但在电路图中表示不出来。但在电路图中表示不出来。 32二、辐射干扰源及辐射干扰源数学模型二、辐射干扰源及辐射干扰源数学模型（一）（一）

35、辐射干扰辐射干扰辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类干扰的能量干扰的能量是由干扰源辐射出来是由干扰源辐射出来，通过介质通过介质( (包括自由空间包括自由空间) )以电磁波的特以电磁波的特性和规律传播性和规律传播的。是否构成辐射干扰，应由构成辐射干扰的三的。是否构成辐射干扰，应由构成辐射干扰的三要素来考虑：要素来考虑： 辐射干扰源向外辐射能量的特性辐射干扰源向外辐射能量的特性，如方向性、极化、调制，如方向性、极化、调制特性、带宽等；特性、带宽等； 辐射干扰传输通道辐射干扰传输通道，即介质，即介质( (包括自由空间包括自由空间) )对电磁波能量对电磁波能

36、量的损耗程度；的损耗程度； 辐射干扰接收器的敏感度辐射干扰接收器的敏感度以及以及方向性、极化、选择性、带方向性、极化、选择性、带宽宽等。等。331、辐射干扰源辐射干扰源构成辐射干扰源有两个条件：构成辐射干扰源有两个条件：一个是有一个是有产生电磁波的源泉产生电磁波的源泉；另一个是；另一个是能把这个电能把这个电磁波能量辐射出去的装置磁波能量辐射出去的装置。不是任何装置都能辐射电磁波，其结构必须是开放不是任何装置都能辐射电磁波，其结构必须是开放式的，几何尺寸和电磁波的波长必须是在同一量级的。式的，几何尺寸和电磁波的波长必须是在同一量级的。显然，显然，各种天线是辐射电磁波最有效的设备各种天线是辐射电磁

37、波最有效的设备。除此之外，除此之外，任何布线、结构件、元件、部件任何布线、结构件、元件、部件满足上满足上述辐射条件述辐射条件时，都可起着发射天线与接收天线的作用时，都可起着发射天线与接收天线的作用，即产生天线效应。即产生天线效应。34 辐射发射本身可以分为来自内部印制电路板或其它导辐射发射本身可以分为来自内部印制电路板或其它导线的发射，以及连接设备的外部电缆上的共模电流发射。通常，线的发射，以及连接设备的外部电缆上的共模电流发射。通常，辐射（高频）和传导（低频）之间的分界点在辐射（高频）和传导（低频）之间的分界点在3030MHzMHz，发射又分发射又分为系统产生的辐射发射和以共模电流形式出现在

38、接口和电源电缆为系统产生的辐射发射和以共模电流形式出现在接口和电源电缆上的传导发射。上的传导发射。35 来自印制电路板的辐射来自印制电路板的辐射 在多数设备中，在多数设备中， PCBPCB发射源是其电路（时钟、视频和数据驱动发射源是其电路（时钟、视频和数据驱动器及振荡器等）中流动的电流。来自器及振荡器等）中流动的电流。来自PCBPCB的辐射发射可用载有骚扰的辐射发射可用载有骚扰电流的小环天线模型描述。电流的小环天线模型描述。 当小环尺寸接近当小环尺寸接近4 4时，环路上不同点的电流相位是不同的，时，环路上不同点的电流相位是不同的，这个效应可在指定点上降低场强。而在某些点上会加剧。这个效应可在指

39、定点上降低场强。而在某些点上会加剧。 当一个环路在地平面上时，在距环路当一个环路在地平面上时，在距环路1010m m处的最大电场强度处的最大电场强度与频率的平方成正比：与频率的平方成正比：E=263E=263 1010-12 -12 f f2 2AIAIS S 利用公式可粗略地预测利用公式可粗略地预测已知已知PCBPCB是否要加额外的屏蔽是否要加额外的屏蔽。 例如，若例如，若A A10cm210cm2，IsIs20 mA20 mA，f= 50MHzf= 50MHz，电场强度电场强度 E E为为 4242dBVdBVm m，它超过了欧洲它超过了欧洲 B B级极限值级极限值 12 12dBdB。如

40、果频率和工作电如果频率和工作电流是固定的，并且环路面积不能减小，则屏蔽是必要的。流是固定的，并且环路面积不能减小，则屏蔽是必要的。 36 来自电缆的辐射 37 VHFVHF频段的辐射耦合主要由电缆辐射决定，常用的电缆在频段的辐射耦合主要由电缆辐射决定，常用的电缆在3030100100MHzMHz范围内辐射效率比范围内辐射效率比PCBPCB结构要高。这种结构要高。这种干扰电流是由干扰电流是由PCB PCB 上上或设备中其它地方的地噪声产生的共模电流或设备中其它地方的地噪声产生的共模电流，共模干扰电流可能沿，共模干扰电流可能沿导体或沿屏蔽电缆的屏蔽体流动。导体或沿屏蔽电缆的屏蔽体流动。 电缆在较低

41、频段的辐射模型是地平面上的短单极天线。在电缆在较低频段的辐射模型是地平面上的短单极天线。在1010m m处的电场强度与频率成正比：处的电场强度与频率成正比： E=1.26 E=1.26 1010-4 -4 f L If L IS S 对于对于 1 1米长的电缆，如果在米长的电缆，如果在1010m m处场强小于处场强小于4242dBVdBVm m，则共则共模电流必须小于模电流必须小于 20 20AA。 电缆辐射38辐射干扰源分类：辐射干扰源分类： 如同传导干扰一样，如同传导干扰一样，辐射干扰源也有信息辐辐射干扰源也有信息辐射干扰源和电磁噪声辐射干扰源射干扰源和电磁噪声辐射干扰源之分。之分。 信息

42、辐射干扰源指的是带有信息的无用信号信息辐射干扰源指的是带有信息的无用信号通过辐射对接收器进行干扰。通过辐射对接收器进行干扰。 电磁噪声辐射干扰源指的是不带任何信息的电磁噪声辐射干扰源指的是不带任何信息的电磁噪声通过辐射对接收器进行干扰。电磁噪声通过辐射对接收器进行干扰。39A）信息辐射干扰源信息辐射干扰源常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、设备功能的非线性等设备功能的非线性等5类。类。(1)发送设备：发送设备：发送设备通过发送天线辐射出去，有发送设备通过发送天线辐射出去，有时通过编织屏蔽层和通风管道辐射出去，通过连接电缆时通过编织屏蔽层和通风

43、管道辐射出去，通过连接电缆向外辐射。向外辐射。(2)本地振荡器：本地振荡器：本地振荡器和混频器通常是由传输本地振荡器和混频器通常是由传输线及波导相连接的，这种传输线和波导，若屏蔽不好或线及波导相连接的，这种传输线和波导，若屏蔽不好或者匹配不好，都会有电磁波能量向外辐射的。另外还有者匹配不好，都会有电磁波能量向外辐射的。另外还有本地振荡器连接线向外辐射。本地振荡器连接线向外辐射。40(3)设备功能非线性产生的辐射：设备功能非线性产生的辐射：所谓设备功能非线性所产生的辐射干扰，指的是所谓设备功能非线性所产生的辐射干扰，指的是电路中器件工作在非线性状态时所产生的干扰。如丙电路中器件工作在非线性状态时

44、所产生的干扰。如丙类放大器、检波器、混频器等都工作在器件的非线性类放大器、检波器、混频器等都工作在器件的非线性状态，它们的输出端将产生不希望有的谐波分量和互状态，它们的输出端将产生不希望有的谐波分量和互调产物。调产物。（4）信息技术设备自身辐射干扰）信息技术设备自身辐射干扰信息技术设备的作用有两个：一个是接收输入数信息技术设备的作用有两个：一个是接收输入数据；另一个是对接收的输入数据作处理后再输出。信据；另一个是对接收的输入数据作处理后再输出。信息技术设备的电源端与人机界面端都会引起辐射干扰。息技术设备的电源端与人机界面端都会引起辐射干扰。这种辐射使得在一定距离内被截获，造成机密的严重这种辐射

45、使得在一定距离内被截获，造成机密的严重泄漏。泄漏。41 (5)核电磁脉冲辐射核电磁脉冲辐射爆炸核武器时，核辐射与周围环境相互作用，爆炸核武器时，核辐射与周围环境相互作用，使带电粒子强烈运动，由此产生核电磁脉冲。使带电粒子强烈运动，由此产生核电磁脉冲。 这种强脉冲的突出特点是：这种强脉冲的突出特点是： 脉冲上升时间极短，仅有脉冲上升时间极短，仅有1010nsns左右；左右； 频谱极宽，由超长波到微波波段的低端；频谱极宽，由超长波到微波波段的低端； 脉冲的场强极强，电场强度为脉冲的场强极强，电场强度为10105 5v vm m，磁场强磁场强度为度为100100A Am m； 脉冲释放的能量极大，可

46、为脉冲释放的能量极大，可为4 4x10 x109 9J J。 这样强大的核电磁脉冲所产生的干扰和破坏作这样强大的核电磁脉冲所产生的干扰和破坏作用是极其严重的。用是极其严重的。42核电磁脉冲辐射的危害：核电磁脉冲辐射的危害：如果电子设备或系统天线直接接收核电磁脉冲，则：如果电子设备或系统天线直接接收核电磁脉冲，则： 最轻的是干扰有用信号，影响工作；最轻的是干扰有用信号，影响工作； 严重的则因焦耳热使电子系统受到损伤和破坏。严重的则因焦耳热使电子系统受到损伤和破坏。 核爆炸的同时将产生核爆炸的同时将产生X X射线、射线、射线、射线、粒子和核电磁脉冲，粒子和核电磁脉冲，使大气发生异常电离，并形成附加

47、电离区和骚扰电离层，其结果使大气发生异常电离，并形成附加电离区和骚扰电离层，其结果会造成电波传输的衰减、折射和反射等，将严重影响通信设备正会造成电波传输的衰减、折射和反射等，将严重影响通信设备正常工作。常工作。 核电磁脉冲能传播很远距离，比核辐射本身传播的距离还核电磁脉冲能传播很远距离，比核辐射本身传播的距离还远远，所以核电磁脉冲干扰、损伤和破坏区域极广。，所以核电磁脉冲干扰、损伤和破坏区域极广。43B B） 电磁噪声辐射干扰源（十六类）电磁噪声辐射干扰源（十六类）(1)(1)银河系无线电辐射；银河系无线电辐射；(2)(2)太阳无线电辐射；太阳无线电辐射；(3)(3)大气中的无线电辐射；大气中

48、的无线电辐射；(4)(4)闪电和雷暴的电场；闪电和雷暴的电场；(5)(5)大气中的电流电场；大气中的电流电场；(6)(6)大地表面的电场；大地表面的电场；(7)(7)大地内部的电场；大地内部的电场；(8)(8)大地表面磁场；大地表面磁场；(9)大地磁层。大地磁层。大地表面磁场和大地磁层一起称为自然磁场。大地表面磁场和大地磁层一起称为自然磁场。44(10)(10)电力线路辐射干扰源电力线路辐射干扰源 主要产生两种辐射干扰：主要产生两种辐射干扰：一种是一种是绝缘子两端局部放电所产生的脉冲绝缘子两端局部放电所产生的脉冲，其频率在，其频率在100100MHzMHz以以上，而且直接向空间辐射，这种干扰的

49、特点是在电压低于上，而且直接向空间辐射，这种干扰的特点是在电压低于100100kVkV的的线路上，雨天、潮湿天干扰弱，而在风天、干燥天干扰强；线路上，雨天、潮湿天干扰弱，而在风天、干燥天干扰强； 另一种则是另一种则是输电线电晕放电效应输电线电晕放电效应，产生放电的原因是在尖形，产生放电的原因是在尖形电极的顶端附近，由于电位梯度大可产生火花放电，这种干扰的频电极的顶端附近，由于电位梯度大可产生火花放电，这种干扰的频率在数兆赫以下，可以直接向空间幅射或者沿传输线传到较远的距率在数兆赫以下，可以直接向空间幅射或者沿传输线传到较远的距离，这种干扰的特点是在电压高于离，这种干扰的特点是在电压高于1001

50、00kVkV的线路上，雨天、潮湿天的线路上，雨天、潮湿天干扰强，而在风天、干燥天干扰弱。干扰强，而在风天、干燥天干扰弱。 电力线辐射干扰对电子设备的干扰可分为两方面电力线辐射干扰对电子设备的干扰可分为两方面，一方面电，一方面电力线产生的辐射干扰在空间传输时遇到配电线路、有线广播线路、力线产生的辐射干扰在空间传输时遇到配电线路、有线广播线路、通信线路等传输系统，通信线路等传输系统，干扰通过耦合干扰通过耦合后沿着这些系统传输；另一方后沿着这些系统传输；另一方面则是面则是干扰沿电力线传输干扰沿电力线传输，这会影响中波和长波的广播和通信。，这会影响中波和长波的广播和通信。4546国家标准国家标准电磁辐

51、射防护规定电磁辐射防护规定（GB870288）中）中规定的公众辐射限值为规定的公众辐射限值为47 (11) (11) 荧光灯辐射源荧光灯辐射源 荧光灯接通后电击穿会产生射频干扰。这种射频干扰可从荧光灯接通后电击穿会产生射频干扰。这种射频干扰可从荧光灯本身或者电源线辐射出去。荧光灯外壳正确接地可以很荧光灯本身或者电源线辐射出去。荧光灯外壳正确接地可以很好地减少其辐射干扰。好地减少其辐射干扰。(12) (12) 降物静电放电辐射干扰降物静电放电辐射干扰 所有飞行器上产生的电荷以电晕放电形式放掉或者对地以所有飞行器上产生的电荷以电晕放电形式放掉或者对地以电弧形式放掉，这就是所谓降物静电放电。静电放电

52、产生的电电弧形式放掉，这就是所谓降物静电放电。静电放电产生的电压在压在4 4x10 x104 410106 6V V之间，是一种从低频到中频具有连续频谱的宽之间，是一种从低频到中频具有连续频谱的宽带干扰。这种干扰的效果轻者造成干扰，重则可造成飞行器的带干扰。这种干扰的效果轻者造成干扰，重则可造成飞行器的失事。失事。 48(13) (13) 人体静电放电干扰人体静电放电干扰 由人体积累的电荷照样能形成静电放电辐射干扰。它可以由人体积累的电荷照样能形成静电放电辐射干扰。它可以构成对电子设备的金属部分直接放电，或者通过放在机器的工作构成对电子设备的金属部分直接放电，或者通过放在机器的工作台等金属部件

53、放电而产生对设备的干扰。当人体积累的电荷较多台等金属部件放电而产生对设备的干扰。当人体积累的电荷较多时，静电放电的电流脉冲峰值可以达到时，静电放电的电流脉冲峰值可以达到2020A A，这将严重影响电子这将严重影响电子设备的正常工作。设备的正常工作。(14)机动车干扰源机动车干扰源机动车包括电气火车、机动车包括电气火车、( (电动电动) )汽车、有轨汽车、有轨/ /无轨电车等。无轨电车等。 干扰源包括点火装置、发电机、稳压器、灯开关、电动机、喇干扰源包括点火装置、发电机、稳压器、灯开关、电动机、喇叭以及车顶上的集电器等。集电器在车顶上沿着架空线滑动，有叭以及车顶上的集电器等。集电器在车顶上沿着架

54、空线滑动，有时发生跳动使集电头瞬间离开架空线而引起打火生成脉冲干扰。时发生跳动使集电头瞬间离开架空线而引起打火生成脉冲干扰。 当频率在当频率在100100MHzMHz以下时，汽车的噪声是垂直极化的，其电平为以下时，汽车的噪声是垂直极化的，其电平为正态分布。点火装置是最强的宽带干扰源，其频率在正态分布。点火装置是最强的宽带干扰源，其频率在1010100100MHzMHz范围内并有相当大的场强。范围内并有相当大的场强。49(15)周围介质的非线性效应周围介质的非线性效应金属表面由于被腐蚀或者沉积化学物等原因，在表面上形金属表面由于被腐蚀或者沉积化学物等原因，在表面上形成各种各样非线性电阻接点。这种

55、非线性电阻的作用就可以等效成各种各样非线性电阻接点。这种非线性电阻的作用就可以等效成为一个混频器，其结果会使不同信号频率同时作用到此金属表成为一个混频器，其结果会使不同信号频率同时作用到此金属表面，从而产生互调产物。然后互调产物再次辐射构成辐射干扰。面，从而产生互调产物。然后互调产物再次辐射构成辐射干扰。(16)工业、科学和医疗设备的辐射干扰工业、科学和医疗设备的辐射干扰这种辐射干扰的设备应包括工业加热设备、医疗加热设备、这种辐射干扰的设备应包括工业加热设备、医疗加热设备、超声波发生器、微波发生器等。这些设备可以辐射各种频率的电超声波发生器、微波发生器等。这些设备可以辐射各种频率的电磁波形成辐

56、射干扰。磁波形成辐射干扰。 50 2 2、 辐射干扰源数学模型辐射干扰源数学模型所有的所有的电磁辐射干扰源按辐射形式可归纳为两大类电磁辐射干扰源按辐射形式可归纳为两大类：基本基本形式和标准形式形式和标准形式。 基本形式：基本形式： 基本形式包括电偶极子基本形式包括电偶极子( (电流元电流元) )和磁偶极子和磁偶极子( (磁流元磁流元) )辐射。辐射。（1）电偶极子辐射数学模型电偶极子辐射数学模型 电子设备中的电路连接导线和印制电路板上每根金属线，电子设备中的电路连接导线和印制电路板上每根金属线，它们的长度与电磁波的波长相比为它们的长度与电磁波的波长相比为同一数量级或以上同一数量级或以上时，可以

57、时，可以起到发射天线和接收天线的作用；起到发射天线和接收天线的作用； 51u 在在100100MHzMHz处，处，1 1米长的导体就是很有效的天线米长的导体就是很有效的天线u 在在1 1GHzGHz处，处，100100mmmm的导体就成为很好的天线的导体就成为很好的天线52（2）磁偶极子辐射数学模型）磁偶极子辐射数学模型电子设备中的金属板的孔、缝隙、小槽或导线圆环等，具有电子设备中的金属板的孔、缝隙、小槽或导线圆环等，具有这些形状的辐射源是以磁偶极子的形式出现的，可以起到类似这些形状的辐射源是以磁偶极子的形式出现的，可以起到类似小电流环的作用；小电流环的作用； 孔隙的泄漏程度与孔隙的直线尺寸、

58、孔的数量以及波长密切孔隙的泄漏程度与孔隙的直线尺寸、孔的数量以及波长密切相关。随着频率的增高，孔隙的泄漏越来越严重。相关。随着频率的增高，孔隙的泄漏越来越严重。 在面积相同的情况下，缝隙的泄漏比孔洞的严重在面积相同的情况下，缝隙的泄漏比孔洞的严重。当缝隙的。当缝隙的长度与工作波长相比拟时，缝隙就犹如天线了。长度与工作波长相比拟时，缝隙就犹如天线了。所以按屏蔽要求，所以按屏蔽要求，圆孔或矩形孔的直线尺寸应小于圆孔或矩形孔的直线尺寸应小于1 15 5工作工作波长波长和和缝隙长度应小于缝隙长度应小于1 11010工作波长工作波长。但是在超高频段或微波频段，实现上述要求是很困难的，带但是在超高频段或微

59、波频段，实现上述要求是很困难的，带孔的金属板、罩和金属网往往也就不具备屏蔽效能了。孔的金属板、罩和金属网往往也就不具备屏蔽效能了。53（3）标准形式数学模型）标准形式数学模型天线是辐射和接收电磁波的专用设备天线是辐射和接收电磁波的专用设备。所有天线设备按着一。所有天线设备按着一定需要向空间辐射电磁波，对不需要的方向可能构成辐射干扰。定需要向空间辐射电磁波，对不需要的方向可能构成辐射干扰。天线辐射和接收电磁波是有方向性的，也就是说，在不同方向天线辐射和接收电磁波是有方向性的，也就是说，在不同方向上辐射和接收电磁波的能力是不同的。上辐射和接收电磁波的能力是不同的。描述这种定向辐射描述这种定向辐射/

60、 /接收能力的参数称为天线的方向特性，它接收能力的参数称为天线的方向特性，它包括方向图、主瓣宽度、副瓣电平、前后比和增益等指标。包括方向图、主瓣宽度、副瓣电平、前后比和增益等指标。其中其中方向图方向图就是指离开干扰源一定距离处，就是指离开干扰源一定距离处，其辐射的相对干扰其辐射的相对干扰场强场强( (或者功率或者功率) )随空间方向变化特性随空间方向变化特性。在天线的方向特性中：在天线的方向特性中： 主瓣宽度定义为天线最大波瓣主瓣宽度定义为天线最大波瓣，在最大值两边相对辐射场，在最大值两边相对辐射场强为强为0.7070.707处，也就是相对辐射功率密度为处，也就是相对辐射功率密度为1 12 2