电磁兼容全套培训教材

第一章基本概念电磁干扰现象电磁兼容标准电磁兼容试验频域与时域分贝的概念电磁干扰现象开关电源数字脉冲电路数字视频设备220AC产生电磁干扰的条件突然变化的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大辐射天线或传导导体设计中，遇到电压、电流的突然变化，千万要考虑潜在的电磁干扰问题常见干扰源雷电NEMP脉冲电路ESD无线通信感性负载通断直流电机、变频调速器电磁兼容标准的内容

电磁兼容标准

干扰发射

敏感度

传导

辐射

传导

辐射电源线信号/控制线天线端口

电场

磁场

电源线/信号线

射频

瞬态天线端口

电场

磁场

静电放电电磁兼容标准体系

基础标准

电磁兼容标准

通用标准

产品标准被引用到被引用到标准编号的识别国家或组织

制订单位

标准编号IECCISPRCISPRPub.IECTC77IEC

欧共体CENELECEN

美国FCC，DOD

FCCPart,MIL-STD.

日本VCCIVCCI

中国质量技术监督局,国防部门GB-GJB-电磁兼容试验场地电磁发射试验敏感度或抗扰度试验：开阔场（民用标准）屏蔽暗室可在普通环境中，但是注意对周围设备的影响辐射发射测试EUT旋转找最大面0.8m1~4m1、3、10、30米屏蔽墙测试仪浪涌（模拟雷电干扰）试验装置信号电缆用的耦合解耦网络接电网接辅助设备EUT发生器或耦合器之间的电缆小于2米保护地线要能够承受浪涌电流浪涌敏感度试验波形10s0.5s50s1.2s8s20s电压电流ttt电压电快速脉冲试验装置容性卡钳距参考地100mm,轮流卡每根电缆EUT与参考地平面之间的距离大于100mm参考地平面的每个边要超出EUT100mm并与大地相连EUT与发生器或卡钳之间的电源线或信号线长度小于1米脉冲群信号源连辅助设备与端接电快速脉冲试验波形（模拟感性负载断开）双指数脉冲15ms脉冲串(5kHz)脉冲串间隔是300ms静电放电现象＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋放电电流I1ns100nsIt静电放电试验装置水平耦合板>1.60.8mEUT绝缘垫垂直耦合板500mm正方形，距EUT100mm直接对EUT放电垂直板间接放电绝缘桌参考地板>1m2边沿比耦合板外延>500mm耦合板通过470k电阻接地对于落地设备，水平耦合板=垂直耦合板，EUT放在100mm厚的绝缘板上水平板间接放电分贝(dB)的概念分贝的定义：分贝数＝10lgP2P1P1、P2

是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数＝20lgV2V1电流增益的分贝数＝20lgI2I2用分贝表示的物理量电压：用1V、1mV、1V为参考（例如：1V=0dBV）则单位为：dBV、dBmV、dBV等，电流：用1A、1mA、1A为参考，则：dBA、dBmA、dBA场强：用1V/m、1V/m为参考，则：dBV/m、dBV/m等，功率：用1W、1mW为参考，则：dBW、dBm等，频域分析时域波形频谱分量付立叶级数(周期)付立叶变换(非周期)EMC分析更多是在频域中进行，并且不考虑相位因素。示波器观察频谱分析仪观察频谱分析仪幅度频率扫描速率（时间）分辨带宽频率范围脉冲信号的频谱T1/d1/trdtr

谐波幅度（电压或电流）频率（对数）-20dB/dec-40dB/decAV(orI)=2A(d+tr)/TV(orI)=0.64A/TfV(orI)=0.2A/Ttrf2电磁兼容的工程方法

1测试修改法2系统设计法可采取的措施

电路结构封装屏蔽滤波软件成本措施

概念设计产品市场阶段杨继深2000第二章地线干扰与接地技术为什么要地线地环路问题与解决方法公共阻抗耦合问题与解决方法各种接地方法电缆屏蔽层的接地杨继深2000安全地220V0V+++++杨继深2000信号地定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径杨继深2000地线引发干扰问题的原因V=IR地线电压地线是等电位的假设不成立电流走最小阻抗路径我们并不知道地电流的确切路径地电流失去控制杨继深2000导线的阻抗Z=RAC+jLL1H/m=1/(frr)1/2

RAC=0.076rf1/2RDCr电流深度0.37II趋肤效应杨继深2000导线的阻抗高频时，导线的直径作用减小杨继深2000金属条与导线的阻抗比较00.10.20.30.40.50.612345678910S/W金属条阻抗/导线阻抗杨继深2000地线问题－地环路IGVGVN地环路I1I2杨继深2000隔离变压器屏蔽层只能接2点！C2VG12C1屏蔽CPVGVSVNRL杨继深2000光隔离器发送发送接收接收RLRLVGVSVSVG光耦器件Cp杨继深2000共模扼流圈的作用VsR1R1RLLVGIN1IN2ISVS+VN=R1/LVN/VGRL/（RS+RL）Mf杨继深2000平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL杨继深2000地线问题－公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V~~~改进1改进2杨继深2000单点接地对噪声的抑制RC1RC1RC2RC2RSRSRGRGRLRLZSGVGVSVSVG杨继深2000接地方式种类

信号接地方式

并联单点接地

串联单点接地

混合接地

多点接地

单点接地杨继深2000单点接地123123串联单点接地优点：简单缺点：公共阻抗耦合并联单点接地优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3杨继深2000串联单点、并联单点混合接地模拟电路1模拟电路2模拟电路3数字逻辑控制电路数字信息处理电路继电器驱动电路马达驱动电路杨继深2000线路板上的地线噪声模拟数字杨继深2000长地线的阻抗设备Z0=(L/C)1/2RRLLCCFP1=1/2(LC)1/2ZP=(L)2/RRAC

RDC

串联谐振并联谐振杨继深2000多点接地R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3地线阻抗一定保持很小，避免公共阻抗耦合镀银（减小表面电阻）良好搭接（减小地线阻抗）宽金属板（减小电感）杨继深2000混合接地~Vs地电流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地环路电流杨继深2000放大器屏蔽壳的接地C1SC3SC2SC1SC3SC2S等效电路杨继深2000屏蔽电缆的接地V0v~~~~HE磁场屏蔽电场屏蔽高频低磁波屏蔽杨继深2000电场屏蔽的电缆接地电缆接敏感电路的信号地，目的是将屏蔽层的电位保持在地电位。干扰频率较低干扰频率较高单点接地（否则出问题）（在哪里接地？）多点接地（间隔/20接地）杨继深2000电缆多点接地带来的问题~ISIS~LSRSVOUTMVINVINVOUT=VOUT+ISRS噪声杨继深2000电缆屏蔽层接地位置~~~~~~屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽同轴线屏蔽同轴线屏蔽同轴线杨继深2000低频磁场对电缆的干扰VNVN

＝(d/dt)=A(dB/dt)磁通回路面积A感应电压当面积一定时减小面积可以减小噪声杨继深2000抗磁场干扰的电缆接地方式VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能屏蔽磁场杨继深2000双绞线对磁场干扰的抑制～理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分～杨继深2000抑制磁场干扰的试验数据1001M1M1M100100每米18节(A)(B)(D)(E)(C)0271313281M1M100100杨继深2000抑制磁场干扰的实验数据

1001M1M1M100100每米18节(F)(G)(I)(J)(H)80557063771M1M100100杨继深2000接地位置不当造成的干扰

稳压电源

稳压电源

火灾报警器

火灾报警器第三章电磁屏蔽技术

屏蔽材料的选择实际屏蔽体的设计电磁屏蔽屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2对电磁波产生衰减的作用就是电磁屏蔽,电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)dB实心材料屏蔽效能的计算入射波场强距离吸收损耗AR1R2SE＝R1＋R2＋A＋B＝R＋A＋BB波阻抗的概念波阻抗电场为主E1/r3H1/r2磁场为主H1/r3E1/r2平面波

E1/rH1/r377/2到观测点距离rE/H吸收损耗的计算t入射电磁波E0剩余电磁波E1E1=E0e-t/

A＝20lg(E0/E1)=20lg(et/)dB0.37E0

A＝8.69(t/)dBA=3.34tfrrdB反射损耗

R＝20lgZW4Zs反射损耗与波阻抗有关，波阻抗越高，则反射损耗越大。ZS=3.6810-7fr/r远场：377近场：取决于源的阻抗同一种材料的阻抗随频率变不同电磁波的反射损耗远场:R＝20lg3774Zs4500Zs=屏蔽体阻抗，D=屏蔽体到源的距离（m）f=电磁波的频率（MHz）2DfDfZsZs电场:R＝20lg磁场:R＝20lgdB影响反射损耗的因素150

0.1k1k10k100k1M10M100M平面波3108/2rfR(dB)r=30m

电场r=1m靠近辐射源r=30m磁场r=1m靠近辐射源综合屏蔽效能(0.5mm铝板)150250平面波00.1k1k10k100k1M10M高频时电磁波种类的影响很小电场波r=0.5m磁场波r=0.5m屏蔽效能（dB）频率多次反射修正因子的计算电磁波在屏蔽体内多次反射，会引起附加的电磁泄漏，因此要对前面的计算进行修正。B=20lg(1-e-2t/)说明：

B为负值，其作用是减小屏蔽效能当趋肤深度与屏蔽体的厚度相当时，可以忽略对于电场波，可以忽略怎样屏蔽低频磁场？低频磁场低频磁场吸收损耗小反射损耗小高导电材料高导磁材料高导电材料高导磁率材料的磁旁路效果H0H1H0RsR0H1R0RsSE=1+R0/RS磁屏蔽材料的频率特性151015坡莫合金金属镍钢冷轧钢

0.010.11.010100kHzr103磁导率随场强的变化磁通密度B磁场强度H饱和起始磁导率最大磁导率=B/H强磁场的屏蔽高导磁率材料：饱和低导磁率材料：屏效不够低导磁率材料高导磁率材料加工的影响20406080100101001k10k跌落前跌落后良好电磁屏蔽的关键因素屏蔽体导电连续没有穿过屏蔽体的导体屏蔽效能高的屏蔽体不要忘记：选择适当的屏蔽材料你知道吗：与屏蔽体接地与否无关实际屏蔽体的问题通风口显示窗键盘指示灯电缆插座调节旋钮实际机箱上有许多泄漏源：不同部分结合处的缝隙通风口、显示窗、按键、指示灯、电缆线、电源线等电源线缝隙远场区孔洞的屏蔽效能LLSE=100–20lgL–20lgf+20lg（1+2.3lg(L/H))=0dB若L

/2H孔洞在近场区的屏蔽效能若ZC

（7.9/Df）：（说明是电场源）SE=48+20lgZC–20lgLf+20lg(1+2.3lg(L/H))若ZC

（7.9/Df）：（说明是磁场源）SE=20lg(D/L)+20lg(1+2.3lg(L/H))

（注意：对于磁场源，屏效与频率无关！）缝隙的泄漏低频起主要作用高频起主要作用缝隙的处理电磁密封衬垫缝隙电磁密封衬垫的种类

金属丝网衬垫(带橡胶芯的和空心的)导电橡胶(不同导电填充物的)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)导电布电磁密封衬垫的主要参数

屏蔽效能(关系到总体屏蔽效能)

回弹力（关系到盖板的刚度和螺钉间距）最小密封压力（关系到最小压缩量）最大形变量（关系到最大压缩量）压缩永久形变（关系到允许盖板开关次数）电化学相容性（关系到屏蔽效能的稳定性）电磁密封衬垫的安装方法绝缘漆环境密封截止波导管损耗频率fc截止频率频率高的电磁波能通过波导管，频率低的电磁波损耗很大！工作在截止区的波导管叫截止波导。截止区截止波导管的屏效截止波导管屏蔽效能=反射损耗：远场区计算公式近场区计算公式+吸收损耗圆形截止波导：32t/d矩形截止波导：27.2t/l孔洞计算屏蔽效能公式截止波导管的设计步骤孔洞的泄漏不能满足屏蔽要求SE确定截止波导管的截面形状

确定要屏蔽的最高的频率f确定波导管的截止频率fc

计算截止波导管的截面尺寸由SE确定截止波导管的长度5f显示窗/器件的处理隔离舱滤波器屏蔽窗滤波器操作器件的处理屏蔽体上开小孔屏蔽体上栽上截止波导管用隔离舱将操作器件隔离出通风口的处理穿孔金属板截止波导通风板贯通导体的处理第四章干扰滤波技术

干扰滤波在EMC设计中作用差模干扰和共模干扰常用滤波电路怎样制作有效的滤波器正确使用滤波器滤波器的作用信号滤波器电源滤波器切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护。共模和差模电流~~共模/差模干扰的产生VVICMICMICMIDM开关电源噪声

50Hz的奇次谐波（1、3、5、7）

开关频率的基频和谐波（1MHz以下差模为主，1MHz以上共模为主）干扰滤波器的种类衰减衰减衰减衰减低通带通高通带阻3dB截止频率低通滤波器类型CTL反电路与插入损耗的关系20406080100

fc10fc100fc1000fc

5阶

4阶

3阶

2阶

1阶20N/十倍频程6N/倍频程插入损耗dB确定滤波器阶数50100欲衰减20dB46=2420至少4阶滤波器10100120=201阶滤波器就可以了为了保险，可用2阶欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度根据阻抗选用滤波电路

源阻抗

电路结构

负载阻抗

高

C、、多级

高

高

、多级

低

低

反、多级反

高

低

L、多级L

低

规律：电容对高阻，电感对低阻插入损耗的估算Fco=1/(2RpC)ZL~Zs、ZL并联CIL=20lg(CRp)ILIL=20lg(L/Rs)Fco=Rs/(2L）Zs、ZL串联~ZsLZsZL器件参数的确定LCRR

L=R/2FCC=1/2RFC对于T形（多级T）和形（多级）电路，最外边的电感或电容取L/2和C/2，中间的不变。实际电容器的特性ZC实际电容理想电容f引线长1.6mm的陶瓷电容器

电容量

谐振频率(MHZ)

1F

1.7

0.1F

4

0.01F

12.6

3300pF

19.3

1100pF

33

680pF

42.5

330pF601/2LCCL温度对陶瓷电容容量的影响0.15-0.150-551255-150-55125-10-5COGX7R-6020-3090-300Y5V30%C%C%C电压对陶瓷电容容量的影响COGX7RY5V200-20-40-60-80020406080100

%额定电压（Vdc）%C实际电感器的特性ZL理想电感实际电感f

电感量（H）

谐振频率

(MHZ)

3.4

45

8.8

28

68

5.7

125

2.6

500

1.2

绕在铁粉芯上的电感1/2LCLC电感寄生电容的来源每圈之间的电容CTT导线与磁芯之间的电容CTC磁芯为导体时，CTC为主要因素，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。克服电容非理想性的方法衰减电容并联LC并联

电感并联小电容大电容并联电容频率大容量小容量三端电容器的原理引线电感与电容一起构成了一个T形低通滤波器在引线上安装两个磁珠滤波效果更好地线电感起着不良作用三端电容普通电容

3070

1GHz206040三端电容的正确使用接地点要求：1干净地2与机箱或其它较大的金属件射频搭接三端电容器的不足寄生电容造成输入端、输出端耦合接地电感造成旁路效果下降穿心电容更胜一筹金属板隔离输入输出端一周接地电感很小穿心电容的插入损耗插入损耗频率1GHz普通电容理想电容穿心电容馈通滤波器使用注意事项

必须安装在金属板上，并在一周接地最好焊接，螺纹安装时要使用带齿垫片焊接时间不能过长上紧螺纹时扭矩不能过大线路板上使用馈通滤波器线路板地线面上面底面磁芯对电感寄生电容的影响铁粉芯C=4.28pfC=3.48pf19%铁氧体（锰锌）C=49pfC=51pf4%减小电感寄生电容的方法然后：起始端与终止端远离（夹角大于40度）尽量单层绕制，并增加匝间距离多层绕制时，采用“渐进”方式绕，不要来回绕分组绕制（要求高时，用大电感和小电感串联起来使用）如果磁芯是导体，首先：用介电常数低的材料增加绕组导体与磁芯之间的距离共模扼流圈共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。有意增加漏磁，利用差模电感电感磁芯的选用铁粉磁芯：不易饱和、导磁率低，作差模扼流圈的磁芯铁氧体：最常用锰锌：r=500~10000，R=0.1~100m镍锌：r=10~100，R=1k~1Mm超微晶：r>10000，做大电感量共模扼流圈的磁心电感量与饱和电流的计算SD1D2饱和电流：

Imax=BmaxS(D1-D2)/2L电感量：

L（nH）=0.2N2rS(mm)ln(D1/D2)电感量厂家手册给出厂家经常给出每匝的电感量“AL”，则L（nH）=ALN2干扰抑制用铁氧体Z=jL+R

RZLR(f)1MHz10MHz100MHz1000MHz铁氧体磁环使用方面的一些问题110100100012545001250600300个30个0.11101001000½匝1½匝无偏置有偏置低通滤波器对脉冲信号的影响信号滤波器的安装位置板上滤波器无屏蔽的场合滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上板上滤波器的注意事项滤波器要并排安装线路板的干净地与金属机箱或大金属板紧密搭接为滤波设置干净地在接口处设置档板滤波器靠近接口面板上滤波的简易（临时）方法容量适当的瓷片电容或独石电容，引线尽量短电缆滤波的方法屏蔽盒馈通滤波器连接器滤波连接器虽然是最佳选择，但是当空间允许时，也可以这样：自制面板滤波器滤波电路可以按照需要设计，但是至少有一级馈通滤波器连接器按照需要选择，也可以是引线锡焊，保证完全隔离螺纹盲孔面板安装滤波器注意事项滤波器与面板之间必须使用电磁密封衬垫！使用形滤波器的注意事项滤波器接地阻抗预期干扰电流路径实际干扰电流路径对接地没有把握时，避免使用形滤波器！电源线滤波器的基本电路共模扼流圈差模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制电源线滤波器的特性损耗频率理想滤波器特性实际滤波器特性一般产品说明书上给出的数据是50条件下的测试结果。30MHz越来越受到关注改善滤波器高频特性的方法或精心绕制或多个电感串联注意插入增益问题0-1050/50100/0.1或0.1/100频率插入损耗解决办法：差模电感上并联电阻（50~1k)，差模电容上串联电阻（0.5~10）选择滤波器的保险方法滤波器~0.1100滤波器~0.11000衰减50条件下的插入损耗0.1/100条件下的插入损耗插入损耗增益会暴露出来电源线滤波器的错误安装PCB滤波器滤波器输入线过长输入、输出耦合PCB电源线滤波器的错误安装滤波器绝缘漆PCB滤波器通过细线接地，高频效果很差！接地线滤波器的正确安装滤波器PCB

滤波器直接接地尽量短输入、输出线隔离滤波器安装在线路板上时，在电源线入口处增加一只高频共模滤波器电源PCB滤波电路低通滤波器对脉冲干扰的抑制AfILf+fCOfCOAf输入脉冲频谱滤波器特性输出脉冲频谱2VIPd2VIPd相当于脉冲的上升时间和脉宽变大，而幅度没有减小。抑制脉冲干扰的方法2VIPd瞬态抑制器件与低通滤波器一起使用脉冲干扰频谱经过瞬态抑制频谱低通滤波后频谱解决谐波问题交流输入直流输出电压提升器控制电路整流后电压整流后电流输出电压整流后电压整流后电流直流输出电压提升电压第五章PCB的电磁兼容设计

脉冲信号的频谱T1/d1/trdtr

谐波幅度（电压或电流）频率（对数）-20dB/dec-40dB/decAV(orI)=2A(d+tr)/TV(orI)=0.64A/TfV(orI)=0.2A/Ttrf2地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驱动电路ICCI驱动I充电I放电IgVg电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg1324寄生电容地线干扰线路板走线的电感L=0.002S(2.3lg(2S/W)+0.5HWSL=(L1L2-M2)/(L1+L2-2M)若：L1=L2L=(L1+M)/2MII地线网格电源线噪声的消除电源线电感储能电容这个环路尽量小电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近

解耦电容的选择C=dI

dt

dVZf1/2LC各参数含义：在时间dt内，电源线上出现了瞬间电流dI，dI导致了电源线上出现电压跌落dV。增强解耦效果的方法电源地铁氧体注意铁氧体安装的位置接地线面细线粗线用铁氧体增加电源端阻抗用细线增加电源端阻抗线路板的两种辐射机理差模辐射共模辐射电流环杆天线电流环路产生的辐射近场区内:H=IA/(4D3)A/m

E=Z0IA/(2D2)V/mZW=Z0（2D/）远场区内:H=IA/(2D)A/m

E=Z0

IA/(2D)V/mZW=Z0=377AI随频率、距离增加而增加Z0

f、D导线的辐射近场区内:H=IL/(4D2)A/m

E=Z0IL/(82D3)V/mZW=Z0（/2D）远场区内:H=IL/(2D)A/m

E=Z0IL/(2D)V/mIL随频率、距离增加而减小Z0

f、D实际电路的辐射ZGZLVZC=ZG+ZL近场：ZC7.9DfE=7.96VA/D3

（V/m）

ZC7.9Df，E=63IAf/D2

（V/m）

H=7.96IA/D3

（A/m）远场：

E=1.3IAf2/D（V/m）环路面积=A~I常用的差模辐射预测公式考虑地面反射时：

E=2.6IAf2/D（V/m）脉冲信号差模辐射的频谱频谱包络线差模辐射频率特性线脉冲的差模辐射包络线

1/d1/tr40dB/decfff-20dB/dec-40dB/dec

E=2.6IAf2/D

EdB=20lg（2.6IA/D）

+40lgf40dB/dec20dB/dec不同逻辑电路为了满足EMI指标要求

所允许的环路面积仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射，乘以N。因此，可能时，分散时钟频率。如何减小差模辐射？E=2.6IAf2/D低通滤波器布线电路中的强辐射信号

1101001000

1101001000dBV/mdBV/m所有电路加电工作只有时钟电路加电工作电流回路的阻抗~LRIZ=R+jLL=/I

A~单层或双层板如何减小环路的面积不良布线举例68HC1174HC00AB连接A、BE时钟随便设置的地线没有用在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？多层板能减小辐射信号1电源层地线层信号2低频高频DC~0.51101001G110地线面的阻抗，m/平方地线面具有很小的地线阻抗地线面上的缝隙的影响模拟地数字地A/D变换器L75mm25mmL:0~10cmVAB:15~75mVAB线路板边缘的一些问题关键线（时钟、射频等）产生较强辐射无地线电源层地线层20H扁平电缆的使用地线一部分信号回流经过ABCDABCD最好较好差较好，但端接困难扁平电缆这两处都有地线外拖电缆的共模辐射LI2HCPI3I