汽车电子系统接地、屏蔽与滤波设计

认证与实验室汽车电子系统接地、屏蔽与滤波没计ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｙｓｔｅｍｓＧｒｏｕｎｄｉｎｇＳｈｉｅｌｄｉｎｇａｎｄＦｉｌｔｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎｓ白同云（清华大学丁程物理系，北京１０００８４）ＢａｉＴｏｎｇ－ｙｕｎ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｅｎｇｉｎ雠“１１９ｐｈｙｓｉｃｓＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４）摘要：伴随越来越多的高科技汽车电子产品的开发与应用，如何解决汽车电子系统的电磁兼容问题．提高汽车的ＩＪｒ靠性和安全性，已经成为一个Ｉｂ常重要和迫切的研究课题。车载电子设备的增加使电磁骚扰问题凸现蕈耍。寻找电磁骚扰豫．采取接地、屏蔽、滤波等不同的抑制手段解决问题是我们今后研究的主要方向。关键词：汽车；电磁兼容；电磁兼容设计；接地；屏蔽；滤波中图分类号：ＴＮ０３Ａｂｌｔｒｌｌｄｔ：Ｎｏｗｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｕｔ（：：ｘ－ｎｏｂｌｌｅｔｈｅ‘ｓｏｕｒｃｅ文献标识码：Ａｍｏｒｅｈｉｇｈ－ｔｅｃｈｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓａｒｅ文章编号：１００３－０１０７（２００９）０２－００７７－０７ｏｐｅｎｅｄｕｐａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｏｒｅｈｏｗａｎｄａｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄｔｏＩｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｖｅｒｙｉｍｐ（，ｒ—ｏｒｌｔｏｒｅｓｏｌｖｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｉｎｏｆａｕｔｏｍｏｂｄｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｐｒｏｖｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｅｃｕｒｔｔｙｏｆｎｏｗ。ＨｏｗｔｏｓｅａｒｃｈＷｉｔｈｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｕｓ．ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｈｅｂｅｃｏｍｅｓａｉｍＩｎｓｅｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｈｃａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇ、ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ、ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ。ＴｈｉｓｗｉｌｌｒｒｉａｌｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｄｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｌｃｃｏｍｐａｔｉｂｄｉｔｙ．ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｄｅｓｌｇｎｓ：ｇｒｏｕｎｄＩｎｇ：ｓｈＩｅＩｄＩ“ｇ．ｆｉｌｔｅｒｉｎｇＣＬＣｎｕｍｂｓ：．ＴＮ０３ｏｏｃｕｍ・ｎｔ∞・—・：Ａ＾眦Ｉ・ＩＤ：１００３－０１０７（２００９）０２一（３０７７—０７１引言随着汽车电子系统的复杂性和密集度的提高，以及设计周期的不断缩短，在汽车电子系统设计的后期解决ＥＭＣ『廿ｊ题变得越来越不可能。而后期重新设计成本很高，如果延误交货日期，损失就更大。为了以最低的成本解决ＥＭＣ问题，就必须在功能设计的同时进行ＥＭＣ设计。现在，汽车电子系统设计的重点已从功能设计和逻辑设计转移到ＥＭＣ设计上来了。进行汽车电子系统电磁兼容设计，应做到：治本为主，标本兼治。就是从治理电磁兼容问题的源头出发，按重要件为先后，分为若干层次进行设计，并加以综合分析，进行适当调整，直到完善：第一层为治本为主之一：有源器件的选型和印制板设计。第二层为治本为主之二：接地设计。第ｉ层为标本兼治之一：屏蔽设计。第ｐｌｊ层为标本兼治之二：滤波没计和瞬态骚扰抑制。并且在每一层进行接地、屏蔽和滤波的综合设计和软件抗骚扰设计。这就称为“分层与综合设计法”。在汽车电子系统的ＥＭＣ设计中，治本为主的关键，是有源器件的正确选型和印制电路板（ＰＣＢ）设计。它是“分层与综合设计法”的第一层ｆ１１。２．１接地的含义接地是指将一个电路、设备、分系统与参考地连接，目的在于提供一个等电位点或面。接地必须有接地导体和参考地才能完成。参考地的含义是广泛的，可以是大地，也可以是起大地作用的。有足够面积的导体．如飞机或船舶的壳体，机柜的柜体等。汽车电子系统的参考地应是车架或厢体．理想的参考地是一个零电位、零阻抗的物理体。接地导体则是电路、设备、分系统的接地点与参考地的连接体。接地是一个系统概念。电流幅值和频率是两项关键因素．对接地分类，是为了选择接地导体及其连接方式。接地分类、接地电流幅值与接地电流频率范围是非常重要的参量，如表２－１所示。表２－１接地分类、接地电流幅值与接地电流频率范围接地分类功能电路接地电源接地安全（保护）接地接地电流幅值几ｍＡ一几Ａ１０Ａ—１０００Ａ接地电流频率范围直流一ＧＨｚ＜５０－６０Ｈｚ１０Ａ—１０００Ａ＜５０—６０Ｈｚ２接地设计接地设计也是治本的重要一层。地线设计是一项重要的设计，也是难度较大的一项设计。地线是基础，即安全保护的基础，工作稳定的基础，也是ＥＭＣ的基础。地线的作用：为电路或系统提供基准等电位点或面；抑制电磁骚扰；为电流流【旦ｌ源提供一条低阻抗路径。防雷接地ＥＭＩ接地＜２４０ｋＡ２００ｋＨｚ一５００ＭＨｚ¨Ａ－Ａ直流一微波ＥＭＩ接地是为ＥＭＩ电流提供一个受控通道，关键是在极宽的频率范围内保持低鞋ｔ抗。防雷接地是提供一条将雷电电流通人大地的受控通道，万方数据２００９第２期囫Ｅ鐾竺关键是同时维持低电阻和低电感，并且提供充分的瞬态电流容量。安全接地主要是为了保护人身安全，通常将金属壳体接地，出现故障时确保故障电流流人大地。电源接地的主要问题是维持低阻抗，并提供足够的电流容量。功能电路接地为信号提供一个回流通道。接地是最有效的抑制骚扰源的方法，可解决５０％的ＥＭＣ问题．接地包括：接大地（安全接地），接系统基准地（参考接地１。１）安全接地：包括（安伞）保护接地和防雷接地。（安伞）保护接地是为产晶的工频故障电流进入大地提供低阻抗通道；防雷接地是提供泄放大电流的通路。２）参考接地：为产品稳定可靠工作提供参考电平，为电源和信号提供基准电位。系统基准地还可抑制电磁骚扰．并为电流流同源提供一条低阻抗路径。外壳金属件直接接大地。还可以提供静电电荷的泄漏通路，防止静电积累。２．２接地方式１）悬浮地设备悬浮地：设备的地线在电气上与参考地及其他导体相绝缘。单元电路悬浮地：单元电路信号地与参考地及机箱绝缘。悬浮地容易产牛静电积累和静电放电，易遭雷击。通常在悬浮地与参考地之问接进一个阻值很大的电阻以消除静电积累。信号电平相近时使用共地——单点接地或多点接地，相差很大时可使用悬浮地。２）单点接地（ｆ＜ｌＭＨｚ）并联单点接地：每个电路模块都接到一个单点地上，每个单元在同一点与参考点相连。多级电路的串联单点接地：接地点应选在低电平电路的输入端，使其最接近参考地。若把接地点移到高电平端，则输入级的地对参考地的电位差最大，是小稳的。如图１所示。图１单点接地３）多点接地（ｆ＞１０ＭＨｚ）乏哥厦量万方数据设备中的电路都就近以机壳为参考点，而所有机壳又以地为参考，使接地引线长度最短。如图２所示。图２多点接地信号频率在１－ＩＯＭＨｚ之间，当地线长度不超过ｌ／２０时，可以采用单点接地，否则就要多点接地。当地线长度可以与Ｍ相比拟时，成为终端短路的¨传输线，等效为开路，阻抗增大。４）混合接地使用电抗元件使接地系统在低频和高频时呈现不同特性，如图３所示。图３混合接地电子设备的混合接地把设备的地线分成两类：电源地与信号地。设备中各部分电源地线都接到电源总地线上与信号总地线汇集到公共参考地。２．３长地线的阻抗地线阻抗是导致地线骚扰的根本原因。例如，信号回流在地线阻抗上产生压降，造成纹波，对信号质量造成影响。传输线输入阻抗：Ｚｉｎ（ｘ）＝Ｚｃ（ＺＬ＋ｊＺｃｔｇｐｘ）懈ｃ＋ｊＺＬｔｇｐｘ）（１）式中，１３＝２订，入－－－－（．１０ｘ／ＬＣ，当ｚＩ印Ｚｉｎ（ｘ）ｌ－Ｉｊｚｃｔｓｌ３ｘｌ＝Ｚｃｔｇ（ｔｏｘＸ／ＬＣ）（２）当ｘ＝入／４Ｚｉｎ（ｘ）ｌ＝Ｚｃｔｇ［‘Ｉ，（入／４）ｘ／ＬＣ】＝Ｚｃｔｇ（＂ｔｒ／２）＝∞（３）这时，接地线实际｝：开路，反而成为向外辐射的天线。形成多个并联谐振点和串联谐振点，如图４所示。所以，地线长度应为：≤入／２０．应当短而粗．如表２—２所示。图４长地线的阻抗表２—２地线长度表频率波长入／２０１００ＧＨｚ３ｍｍＯ．１５ｍｍｌＯＧＨｚ３ｅｒａ１．５ｍｍ１ＧＨｚ３０ｃｍ１．５ｅｒａ１００ＭＨｚ３ｍ１５ｅｒａ１０ＭＨｚ３０ｍ１．５ｍ１ＭＨｚ３００ｍ１５ｍ１００ｋＨｚ３ｋｉｎ１５０ｍｌＯｋＨｚ３０ｋｉｎ１．５ｋｍｌｋＨｚ３００ｋｍ１５ｋｍ】００Ｈｚ３０００ｋｍ１５０ｋｉｎ５０Ｈｚ６０００ｋｍ３００ｋｍ电源地：电源为许多电路所公用，不允许成为这此电路相信号地：电源地线Ｌ两点Ｉ’开Ｊ的骚扰电，Ｋ有几百毫伏至几图５电源地线在接参考地之后才能用作信号地线万方数据认证与实验室屏蔽地：不能将屏蔽体本身作为回流导体，接地汇流排或接地平面只有一点与屏蔽体相连。当屏蔽电缆长度小于其－［作波长的３／２０时，为低频电缆。低频电场屏蔽要求在接收端单点接地，低频磁场屏蔽要求在两端接地。当屏蔽电缆长度大于其Ｔ作波长的３／２０时，为高频电缆，要求多点接地，除在两端接地外，并以３／２０或１／１０工作波长的间隔接地。屏蔽电缆的接地应３６０度搭接，构成哑铃形结构，成为屏蔽机壳的延伸。２。５系统接地系统地线应分组敷设，除应按电源电压分组外，还应分为信号地线（包括数字地线、模拟地线、高频地线、低频地线、高电平地线、低电平地线等）、骚扰源地线和机壳地线等。整个系统各类地线汇集于一点，接参考地。所以，系统地线设计步骤如下：１）分析系统内各类部件的骚扰特性和敏感特性；２）分析系统内各电路的上作电平、信号种类和电源电压；３）将地线分类、划组；４）ｌｍｉ｝｝｛系统布局；５）画出系统地线网。３屏蔽设计汽车电子系统电磁兼容设计还应做到标本兼治。考虑汽车电子系统的设备与外界的连接界面，包括机壳端ｎ、电源线端ｕ、地线端口、信号线端几和控制线端ｕ等。需要做好屏蔽设计、滤波设计和瞬态骚扰抑制设计等，如图６所示。＼／口交蠢设备口直藏与控囊线■口一＼图６设备与外界的连接界面屏蔽技术用来抑制电磁骚扰沿空间的传播，即切断辐射骚扰的耦合途径。电磁骚扰沿空间的传播是以电磁波的方式进行的，可分为近场区和远场区。３．１辐射耦合辐射电磁骚扰是骚扰传播的一种方式。通过空间将一个电网络Ｉ：的骚扰耦合到另一个电网络上，即辐射耦合。属频率较高的部分（高于３０ＭＨｚ）。基本辐射源包括，非闭合载流导线辐射源（单极天线），闭合载流导线辐射源（环天线）。对于辐射耦合，近场与远场和波阻抗的概念是十分重要的，如图７所示。当入／２１Ｔｒ＝－Ｉ，即仁入／２１Ｔ，为近场和远场之Ｉ．日Ｊ的边界。波阻抗Ｚ＝Ｅ／Ｈ，为媒质的本质阻抗，与媒质的参量有关．单２００９第２期圜２．４电源地信号地与屏蔽地互耦合的通道。并能在负载电流变化时，为所有负载提供恒定的电源电压。电源电压和地电位的波动不对这些电路造成影响。为了减少电源线负载产生的骚扰。电源线的一端必须良好接地。具有交流和直流系统的产品，虚分别建立交流，直流接地通路，并在接地平面上相互隔离，减少地线间耦合。直流供电系统，应使正极接地，以防止带电导线受到电化学腐蚀。伏的范围。对信号电平是非常严重的骚扰。因此，电源地线在接参考地之前，不能用作信号地线．如图５所示。Ｅ鐾竺极天线的近场又称高阻抗场，以电场为主。ｚ为容件高阻抗。远场波阻抗Ｚｏ＝３７７１１。对于环天线，近场时，波阻抗ＩＺＩ＝ＩＥ／ＨＩ为感性低阻抗，故称低阻抗场，以磁场为主。其远场与单极天线相同，波阻抗为ｚ庐３７７Ｑ。图７近场与远场和波阻抗的概念３．２屏蔽效能的概念用于电磁兼容目的的屏蔽体，通常能将电磁骚扰的强度衰减到原来的百分之一至自｜万分之一以卜。为了方便起见，屏蔽体的性能以屏蔽效能ＳＥ或ＳＨ（ｄＢ）表示。定义为：电场屏蔽效能：ＳＥ＝２０１９（Ｅ。／Ｅ２）（ｄＢ）（４）磁场屏蔽效能：ＳＨ＝２０１９（Ｈ。，Ｈ２）（ｄＢ）（５）式中，Ｅ，、Ｈ。分别为未屏蔽时测得的电场强度和磁场强度，Ｅ：、Ｈ：分别为屏蔽后测得的电场强度和磁场强度。但是，用这个定义只能测试屏蔽体的屏蔽效能，而无法确定应该使用什么材料制造屏蔽体。要确定应该使用什么材料制造屏蔽体，需要知道材料的屏蔽效能与材料的什么参数有关。３．３实心材料屏蔽效能的计算面积为无限大，无孔缝且无导体进出的屏蔽材料可看作实心屏蔽材料。其屏蔽效能叮表示为：ＳＥ＝Ｒ＋Ａ＋Ｂ（６）式中，Ｒ为反射损耗，因为空气一金属的界面上，阻抗不匹配而产生；Ｒ（单极天线）＝１４１．７—１０ｌｇ（ＩＸ，ｆ３ｒ２，盯０（ａＢ）（７）式中，斗，为磁导率；盯，为电导率；ｆ为频率（ＭＨｚ）；ｒ为离骚扰源的距离（ｍ）。Ｒ（环天线）＝７４．６－１０ｌｇｌ斗／（ｆ仃，ｒ２）ｌ（ｄＢ）（８）Ｒ（远场）＝１０８．１—１０１９（斗，ｆ／ｒｒｆ）（ｄＢ）（９）Ａ为吸收损耗，即电磁波穿越金属厚度时受到的损耗；Ａ－－０．１３ｌｔＮ／ｆＩｘ，ｆｌｒ，（ｄＢ）（１０）式中，ｔ为材料厚度（ｍｍ）。Ｂ为多次反射修正鼍。当Ａ＞１０ｄＢ，可设Ｂ＝０。从以上分析，叮以得出以下结论：（１）近场区设计屏蔽体时，要分别考虑电场波和磁场波情况；（２）屏蔽电场波时，使用高导电材料；屏蔽低频磁场波时，四差・厦｛万方数据使用高导磁材料；屏蔽高频磁场波时，使用高导电材料；（３）一般情况下，材料的导电性和导磁性越好，屏蔽效能越高；（４）屏蔽电场波时，屏蔽体尽量靠近骚扰源；屏蔽磁场波时，屏蔽体尽量远离骚扰源。（５）屏蔽效能与屏蔽体接地与否无关。屏障材料的选择：（１）采用银、铜、铝、镍等良导体制作的接地屏蔽体，可对电场和高频磁场进行屏蔽；（２）对于ｆ＜１００ｋＨｚ的低频磁场，则用高导磁材料进行屏蔽，如Ｔ业纯铁、铁硅合金（硅钢，电工钢等）、铁镍软磁合金、坡莫合金（７９口镍，２１口铁）、非品态软磁合金材料（具有高强度，高硬度，高延展性，耐腐蚀性）、ＩＬ金属，铁氧体材料等；（３）银导电性最好；（４）铜的导电性与银相近．价格低，但易被氧化，性能不稳定；（５）铝的导电性较高，价格低，重量轻，不易被氧化，性能稳定；（６）镍的价格适中，具有较好的导电性和导磁性，有优良的抗氧化和抗腐蚀性，是较理想的电磁波屏蔽材料；（７）屏蔽柜，屏蔽窒，半波暗室，混响室均可用２ｍｍ冷轧钢板建造；（８）不锈钢仃Ｔ＝＝ｏ．０２，一般不用作屏障材料，仅用于截止波导滤波器。屏蔽材料厚度选择：１．２ｍｍ３．４实际屏蔽体的问题实际机箱上有许多泄漏源如不同部分结合处的缝隙、通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等。屏蔽体的总体屏蔽效能是ｄｊ屏蔽体中最薄弱的环节决定的。要使屏蔽体的屏蔽效能达到某一个值，屏蔽体上所有部位都要达到这个值，即各部位屏蔽效能的匹配是十分重要的。屏蔽体中最薄弱的环节是各种缝隙和孔洞。屏蔽体的导电连续性，是影响屏蔽效能最主要的凶素；而造成屏蔽失败的主要原因，是有穿过屏蔽体的导体。实现屏蔽．首先要做好“分层与综合设计法”的第一和第二层，将电磁发射降至最低，将抗扰能力提至最高，然后利用壳体切断ＥＭＩ辐射。１）缝隙屏蔽两个零部件结合在一起，接合面的缝隙是影响屏蔽效能的主要因素。接合面的表面精度对缝隙屏蔽效能也有影响。狭缝天线效应：当狭缝的长度接近波长的一半时，ＥＭＩ就会泄漏出去。这种类型的ＥＭＩ泄漏源就是狭缝天线。缝隙尺寸接近半波长的整数倍时，电磁泄漏最大，所以，高频时特别应做好孔缝屏蔽，商用设备要求缝长或孔径小于１／２０，军用小于１／５０。整个接合处必须维持电气连续性，以避免狭缝天线的形成。最少要在每Ⅳ６之处有连接表面间的电接触。永久性接缝，采用焊接工艺。非永久性配合面形成的接缝采用导电衬垫。电磁密封衬垫的种类：・导电橡胶（不『司导电填充物的）・指形簧片（不同表面涂覆层的）・螺旋管衬垫（不锈钢的和镀锡铍铜的）・导电布・金属丝网衬垫（带橡胶芯的和空心的）在设计和选择电磁屏蔽衬挚时，应主要考虑以下因素：・衬傻形状；・机械耐久性；・屏蔽效能或衰减水平，多数商用设备要求衰减量达到６０—１００分贝，极至１２０分贝。・压缩鼍，多数商用设备考虑低闭合力设计，不可过度压缩。过度压缩町能导致失去弹性。压缩量对导电橡胶的屏蔽效能有很大影响。由于导电橡胶所采用的填料不同，其导电性有高有低，所以导电橡胶可达到的屏蔽效能范围较宽。・屏蔽衬垫和接触金属介质问的电腐蚀性，避免导致电蚀的电流的产生。・对水、灰尘和类似外部介质的环境｛孵封。另外，还应考虑成本、耐用寿命、公差和安装方法（如铆接式，粘接式等）。２）通风孔的处理：截止波导通风板波导是管状金属结构，呈高通滤波器特性，可使骚扰频率落在截止区内而被抑制。图８截止波导通风板铝制蜂窝通风板的屏蔽效能（ｄＢ）如表３一ｌ所示。表３—１铝制蜂窝通风板的屏蔽效能（ｄＢ）磁场电场平面波材料（１００ｋＨｚ）（ＩＯＭＨｚ）（ＩＧＨｚ）（１０ＧＨｚ）单层镀铬酸盐４０８０６０４０单层镀镉７５１２５１０５８５单层镀锡７０１２５１０５８５单层镀镍８０１３５１１５９５多层镀铬酸盐６５ｌｌＯ９５８５万方数据认证与实验室３．５吸波材料在ＥＭＣ中的技术应用屏蔽和吸波的目的都是将电磁波局限在某一区域内。屏蔽用来切断辐射耦合，吸波则是利用材料对电磁波的吸收，使之转变为热能而耗散。也町用于解决产品内部模块之间的相互骚扰。１）对吸波材料（以碳粉、铁氧体为主）的基本要求：（Ｉ）无反射（即完全吸收，吸收率可达１５—２０ｄＢ）；（２）吸收频带宽（１０ＭＨｚ—ＩＯＧＨｚ）；（３）能制作成不同厚度、可任意剪裁；（４）符合ＲＯＨＳ环保要求。２）吸波材料的性能吸波材料的性能以反射损耗（一ｄＢ）表示。显然反射损耗越小（或其绝对值越大）性能越好。不同吸波材料垂直入射时的最大反射损耗（一ｄＢ）：表３－２吸波材料反射损耗参数频率（ＧＨｚ）０．０３０．０８０．３１３１０１８角锥泡沫（１６００ｍｍ）１０１５２０２５５０５０５０铁氧体板（６ｍｍ）１３１６２０１０复合材料（７００ｒａｍ）１５２５２５２３２５３５４５传导是骚扰源与敏感设备之间的主要骚扰耦合途径之‘。一Ｏ传导骚扰可以通过电源线、信号线、瓦连线等导线，以及屏蔽体、接地导体等导体进行传播。传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上，属频率较低的部分（低于３０ＭＨｚ）。解决传导耦合的办法是在骚扰进入敏感电路之前用滤波方法从导线或导体上除去骚扰。电磁骚扰滤波器，即ＥＭＩ滤波器，包括反射式低通滤波器（纯电抗型）和吸收型低通滤波器（铁氧体）是抑制传导骚扰最有效的手段。它包括信号线滤波器和电源线滤波器。信号线滤波器允许有用信号无衰减通过，同时大大衰减杂波骚扰信号。电源线滤波器以较小的衰减把直流、５０Ｈｚ、４００Ｈｚ电源功率传输到设备卜．，却大大衰减经电源线传人的ＥＭ！，保护设备免受其害。同时，它又能抑制设备本身产生的ＥＭＩ，防止它污２００９第２期Ｉｌｌ４滤波设计４．１传导耦合４．２电磁骚扰滤波器染电磁环境，危害其它设备。ＥＭＩ滤波器不同于一般低通滤波器，二者所关心的滤波器指标、使用环境等都是截然不同的．普通的低通滤波器关心幅频特性、相位特性、群延时、波形畸变等特性；ＥＭＩ滤波器更关心插入损耗、能苗衰减、截止频率等特性等。从使用环境来看，一般低通滤波器工作电平低、Ｔ作电流较小，源端或负载端特性较单一；ＥＭＩ电源滤波器的工作电压高、额定工作电流大，并且要能够承受瞬时大电流的冲击，其源端特性、负载特性随其Ｔ作环境的不同变化较大。ＥＭＩ电源滤波器的设计不能完伞参照一般滤波器设计技术来实现。４。３反射式低通滤波器图９反射式低通滤波器的用途反射式低通滤波器的用途如图９所示。１）影响滤波器性能的关键特性之一：阻抗特性。若要滤波器按照要求丁作．必须了解源阻抗和负载阻抗。并使阻带内，滤波器输入阻抗与源阻抗严重失配，使滤波器输出阻抗与负载阻抗严重失配，以达到滤波的目的。这是滤波设计的第一个基本功．源、负载阻抗与滤波器网络结构的选择如图１０所示。图１０源、负载阻抗与滤波器网络结构的选择２）影响滤波器性能的关键特性之二：频率特性。在规定滤波器的频率特性中，必须『司时考虑电路的丁作频率和需要衰减的频率以及ＥＭＩ滤波器的插入损耗。插入损耗ＩＬ的定义如图１１所示。插入损耗ｌＬ随频率的变化即频率特性，但这个定义的基础是源阻抗和负载阻抗均为５０１１。万方数据图”插入损耗ＩＬ的定义而实际应用时，源阻抗和负载阻抗均不一定是５０Ｑ。因此插入损耗ＩＬ与上述公式的计算值有很大差别。插入损耗ＩＬ公式变换为：ＩＬ（ｄＢ）＝２０Ｉｏｇ［Ｉ＋（ｚｓＺＩＪ亿ｔ（Ｚｓ＋ＺＬ）１（１１）式中，ｚｓ为源阻抗；Ｚ。为负载阻抗；Ｚｔ为转移阻抗。实际应用时的插入损耗ＩＬ应按式（１１）重新验算。为滤波设计的第二个基本功。３）电源线滤波器的安装一滤波设计的第三个基本功。（１）错误安装ａ．在屏蔽机壳内，输入线过长，输入与输出端口存在耦合，如图１２所示；图１２在屏蔽机壳内。输入线过长，输入与输出端口存在耦合ｂ．接地不良，屏蔽机壳内表面存在绝缘漆，与滤波器金属壳接触不良，接地线阻抗高，如图１３所示。图１３接地不良（２）正确安装ａ．在屏蔽机壳内，输入线长度为零，输入与输出端口隔离四毛・厦童良好；ｂ．屏蔽机壳内表面与滤波器金属壳接触良好。如图１４所示。图１４正确安装例：丁控机（ＩＰＣ瞒导骚扰的整改工控机（ｉＰＣ）传导骚扰整改前，超标非常严重，需要整改。如图１５所示。超标原囚主要是电源线滤波器结构不规范。由图１６可见．输入端并有电容，对源阻抗失配不利；共模扼流圈Ｌ太小，对低频骚扰抑制不足。整改后的电源线滤波器如图１７所示，能很好的满足标准的要求，如图１８所示。图１５工控机（ＩＰＣ）传导骚扰整改前。超标非常严重●●●Ｌ－０盘州・・Ｌ●●●Ｌ：口！ＧＡ：●’●Ｄ！Ｎ：．Ｌ●ｏ２叫图１６电源线滤波器结构图图１７整改后的电源线滤波器万方数据认证与实验室图１８整改后能很好的满足标准的要求参考资料：【ｌ】ＰａｕｌＣ．Ｒ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，２ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ［Ｍ］．ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ．２００６．【２】ＳｏｎｉａＢｅｎＤｈｉａ，ＭｏｈａｍｅｄＲａｍｄａｎｉ．ＥｔｉｅｎｎｅＳｉｅａｒｄ，Ｅｌｅｃｔｒｏｍ—ａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ［Ｍ］．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００６．【３】白同云．电磁兼容没计实践【Ｍｊ．北京：中国电力出版社，２（）０７．【４】内同云，吕晓德．电磁兼容设计ｆＭ】．北京：北京邮电大学出版社，２００１．【５】白同云．高速ＰＣＢ电源完整性研究【Ｊ】．中国电子科学研究院学报，２００６，０１：２２—３０．【６】白同云．电磁兼容分层与综合设计法一电磁兼容设计的新方法【Ｊ】．电子质量，２００８，５：９８—１０１．［７】白同云．汽车电子系统电磁兼容设计与标准分析ＩＪ】．电子质量，２００８，１０：７１—８１．【８】白同云．汽车电子系统电磁兼容设计实践【Ｊ】．电子质量，２００８。Ｉ１：７ｌ－７８．上接８８页）５）共模扼流罔的匝数：增加穿过磁环的匝数可以增加低频６）电缆上铁氧体磁环的个数：增加电缆上的铁氧体磁环的７）铁氧体磁环的安装位置：一般尽餐靠近干扰源。对于屏与电容式滤波连接器一起使用效果更好：由于铁氧体磁（待续）２００９第２期囵÷十÷÷÷÷÷＊÷÷＊÷÷＊＊÷÷＊＊＊＊÷｝＊＊÷十＊＊＊＊＊＊＊÷的阻抗，但是由于寄生电容增加，高频的阻抗会减小。盲目增加匝数来增加衰减量是一个常见的错误。当需要抑制的干扰频带较宽时，可在两个磁环上绕不同的匝数。个数，可以增加低频的阻抗，但高频的阻抗会减小。这是囚为寄生电容增加的缘故。蔽机箱Ｉ：的电缆，磁环要尽量靠近机箱的电缆进出ｎ。环的效果取决于电路的阻抗，电路的阻抗越低，则磁环的效果越明显。凶此当原来的电缆两端安装－ｒ电容式滤波连接器时．其阻抗很低，磁环的效果更明显。汽车电子系统接地、屏蔽与滤波设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：白同云，BaiTong-yun清华大学工程物理系,北京,100084电子质量ELECTRONICSQUALITY2009，(2)0次参考文献(8条)1.PaulC.RIntroductiontoElectromagneticCompatibility20062.SoniaBenDhia.MohamedRamdaniEtienneSicard,ElectromagneticCompatibilityofIntegratedCircuits20063.白同云电磁兼容没计实践20074.白同云.吕晓德电磁兼容设计20015.白同云高速PCB电源完整性研究[期刊论文]-中国电子科学研究院学报2006(1)6.白同云电磁兼容分层与综合设计法——电磁兼容设计的新方法[期刊论文]-电子质量2008(5)7.白同云汽车电子系统电磁兼容设计与标准分析[期刊论文]-电子质量2008(10)8.白同云汽车电子系统电磁兼容设计实践[期刊论文]-电子质量2008(11)相似文献(10条)1.会议论文刘青松.丁良旭.许响林.李彬国内外汽车电磁兼容标准2007汽车电磁兼容性标准是汽车电磁兼容设计、仿真和测试的基础,它就整车和零部件的抗干扰水平、干扰限值、测试方法、测试环境等作了具体规定。目前在汽车及车载电子设备EMC测试领域,其标准主要有以下几类:汽车电磁兼容国际标准,如ISO、CISPR标准等；汽车电磁兼容地区标准,如欧洲的EEC指令和ECE法规；国家电磁兼容标准,如美国汽车工程学会(SAE),德国电气工程师协会(VDE)等。另外,相对比较发达的大的汽车厂商,还制定了其自己的EMC测试标准和规范.这样一来,就造成现在汽车电磁兼容标准的复杂局面。本文介绍了国际汽车电磁兼容标准、欧洲汽车电磁兼容指令/法规、国内汽车电磁兼容标准、汽车公司的企业电磁兼容标准等等内容。2.学位论文邹志星汽车布线对汽车电磁兼容的影响研究2007随着汽车电子技术的发展，日益增多的电子产品的使用恶化了汽车的电磁环境，汽车电磁兼容已经成为汽车设计中必须考虑的问题。采用数值仿真和预测技术是当前解决汽车电磁兼容问题的主流方法。多导体传输线理论(MTL)和时域有限差分法(FDTD)在这里得到了广泛的应用。考虑到汽车电磁兼容对于汽车安全性和可靠性的重大影响，以及导线在汽车电磁兼容问题中的重要地位，研究与导线相关的汽车电磁兼容问题有重要的实用意义。在对当前与导线相关的汽车电磁兼容问题的解决方案和相关算法进行详细分析的基础上，对导线的电磁干扰进行研究并将其扩展到汽车电磁兼容问题的研究中去，以此促进电磁场计算方法、导线的串扰和辐射以及与导线相关的汽车电磁兼容问题的研究，从而为系统级汽车电磁兼容分析和设计提供有效的解决方案和工具，促进计算机数值仿真预测技术和电磁场计算方法的研究和应用，并最终有助于提高汽车的安全性和可靠性。在讨论多导体传输线电报方程的建立、多导体传输线单位长度参数的计算和多导体传输线电报方程的求解的基础上，建立两平行共地传输线的理想多导体传输线电报方程，得出其耦合等效电路，根据耦合电压响应曲线分析串扰电压与频率、导线间距以及导线离地高度之间的关系。建立四平行导线的多导体传输线电报方程，计算其耦合电压响应。在阐述时域有限差分法的基本原理、分析FDTD中细导线的处理方法以及集中元件的处理方法的基础上，终端状态对导线辐射影响的仿真，具体考虑终端开路、终端接电阻、终端接电阻和短截线三种情况，分别计算得到相应的时域和频域结果并进行了分析。探讨了采用MTIJFDTD混合方法计算金属平板上导线的辐射问题的可行性。针对实际的汽车电磁兼容问题，采用仿真软件建立模型进行仿真。讨论汽车电磁兼容问题的建模问题，探讨车体、电子控制单元(ECU)、导线和天线的建模方法。对车内导线间的串扰问题进行仿真，考虑车内的开孔以及穿过开孔处的连接导线对汽车电磁兼容问题的影响；对车内导线产生的辐射进行仿真，考虑车身对车内导线产生辐射的影响；对激励源与不同位置处天线间的耦合进行仿真，具体考虑三个不同位置处的天线：乘员室前端，车体顶端和后备箱上方，通过比较三个位置处天线与激励源的耦合来确定最佳的天线安装位置。3.期刊论文白同云.BaiTong-yun汽车电子系统电磁兼容设计与标准分析-电子质量2008(10)伴随越来越多的高科技汽车电子产品的开发与应用,如何解决汽车电子系统的电磁兼容问题,提高汽车的可靠性和安全性,已经成为一个非常重要和迫切的研究课题.文章分析了汽车的电磁环境与电磁骚扰的危害,以及汽车电磁兼容性标准.4.学位论文孙佳伟汽车电磁兼容仿真研究2008现代汽车的电子产品日益增多，汽车的电磁环境变得更为复杂。在汽车设计初期开展电磁兼容数值仿真和预测对解决复杂的汽车电磁干扰问题意义重大。本文介绍了当前汽车电磁兼容仿真分析方法。针对汽车电磁兼容的复杂性，讨论了使用仿真软件进行汽车电磁兼容分析的策略，主要面向汽车天线设计及车内电缆线束电磁兼容仿真的具体应用进行了研究。分析了汽车车身对于天线性能的影响，并通过比较鞭状天线在车体不同位置上性能的变化，指出了天线最佳安装位置。在分析电缆线束耦合泄漏机理及基本理论模型的基础