EMC电磁兼容考点

来源:百度文库 作者:马路12055264232017年02月25日 09:28
[导读] 电磁兼容设计的目的:1.电子设备达到预期的功能.2.系统内各设备之间相互不干扰.3.对外界电磁环境不构成污染.4.满足电磁兼容标准的要求。
关键词:EMC

  骚扰源特性:1.电磁骚扰产生的机理2、频域与时域的特性,更关心频域特性3、表征其特性的主要参数4.抑制其发射强度的方法等。

  骚扰源分类:1.自然干扰源2.人为干扰源:系统内和系统外3.电磁骚扰产生的根本原因是网络参数的突变。如:导体中有电压或电流的变化。4.电磁骚扰的主要传播途径:传导耦合、电容耦合、电感耦合和辐射耦合。

  测试(量)分类:1.传导发射测试.2.传导抗扰度测试.3.辐射发射测试4.辐射抗扰度测试.5.传导型沿线电磁环境监测6.辐射型空间电磁环境监测8.特殊的电磁兼容问题-频谱管理。

  无线电频谱具有空间、时间、频率三维特性。无线电频谱划分范围9KHz到275GHz共划分287项

  电磁兼容设计的目的:1.电子设备达到预期的功能.2.系统内各设备之间相互不干扰.3.对外界电磁环境不构成污染.4.满足电磁兼容标准的要求。

  电磁兼容设计的方法:

  1.测试修改法:对需设计部分边测试边修改

  2.系统设计法: 电磁兼容系统设计的基本方法是指标分配和功能分块设计,也就是首先要根据有关的标准(国际、国家、企业、特殊标准等等)把整体电磁兼容指标逐级分配到各功能块上,细化成系统级的、设备级的、电路级的和元件级的指标。

  优点:成功率高,节省开发时间,使设计达到最优化缺点:对设计人员电磁兼容水平的要求高,有时需要专门的电磁兼容技术支持,增加设计成本。

  3.分层与综合设计法: 可根据防护措施在实现电磁兼容时的重要性,分层依次进行设计。例如,第一层为有源器件的选择和印制板设计,第二层为接地设计,第三层为屏蔽设计,第四层为滤波设计,然后进行综合设计。

  10.电磁兼容设计的效费比与方法:效费比就是“效用/费用“的比例。效费比高就是“少花钱多办事“。

  10.接地的目的及分类:接地的目的一是防电击,二是去除干扰。

  可将接地分为两大类:1.安全接地(Safety Grounds)--保护性接地(1.1 设备安全接地、1.2 接零保护接地、1.3 防雷接地)2.信号接地(Signal Grounds)-功能性接地(2.1 单点接地、2.2 多点接地、2.3 混合接地、2.4 悬浮接地。)

  安全接地的作用: 1.采用低阻抗的导体将设备外壳连接到大地上,使操作人员不至于因为外壳漏电而发生触电危险。2.将建筑物或设备接大地,防止雷击的危险。设备安全接地是指接大地,也就是将电气设备的外壳以低阻抗导体连接大地,以避免当高电压直接接触设备机壳,或者避免由于设备内部绝缘损坏造成漏电打火使机壳带电,人员意外接触遭受电击。

  11.防雷接地:将建筑物等设施和用电设备的外壳与大地相连,将雷电电流引入大地。从而保护设施、设备和人身安全。使之避免雷击,同时消除雷击电流窜入信号接地系统,避免影响用电设备的正常工作。通常有两种防雷接地:1. 一种是为保护建筑物或天线不受雷击而专设的避雷针防雷接地装置,这是由建筑部门设计安装的;2. 另一种是为了防止雷击过电压对通信设备或电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接地装置。如高压避雷器的下接线端汇接后接到接地装置。

  12.信号接地(单点、多点):单点接地:串联单点接地、并联单点接地、复合式单点接地。

  串联单点接:优点:结构简单,将多个电路地线串联接到一起,可以节省很多的导线。

  缺点:接地电压互相影响,对抑制干扰不利,同时因地线过长,不适用于高频的系统。

  适用范围:常用于低频设备机柜中的接地。因为低频所以可防止传输线效应的产生,设备机柜中由于空间等限制要求接地线少而且结构简单、清楚。

  并联单点接地:优点:各电路的地电压仅与本电路地电流及地阻抗有关,不受其他电路的干扰。

  缺点:1.各电路都与地点直接相连,需要多个导线,这样的结构费料,比较笨重。2.地线间靠的太近,容易发生电场相互耦合,随着频率的升高会更加严重。3.因为地线较长,不适用于高频情况。适用范围:低频系统的多个机柜间的连接方式。

  12.共模扼流圈工作原理:在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路阻抗,使电环路电流减小,但要控制其寄生电容,否则会影响对高频干扰的抑制效果。

  13.电磁屏蔽原理。

  14.电源层、地层、信号层的相对位置(给例子分析——分析说明)单板层的排布一般原则:a. 元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面; b. 所有信号层尽可能与地平面相邻;c. 尽量避免两信号层直接相邻;d. 主电源尽可能与其对应地相邻;e. 兼顾层压结构对称。

  15.浴盆曲线(Bathtub curve )

  16.电子元器件失效分析(原因)1.早期失效期特征——多发生在元器件制造和计算机及其应用系统或电子设备刚安装运行的几个月内,一般为几百小时。

  失效原因:1.设计不当;2.元器件本身的缺陷;3.安装工艺不可靠;4.环境条件恶化克服的办法:元器件筛选、严控质量和安装工艺、老化后再使用。

  2.稳定工作期(正常寿命期、正常使用期),特征——元器件突然性失效较少,而暂时性故障较多。故障率可降低到一个较低的水平,且基本处于稳定状态,可以近似故障率为常数。持续时间较长。

  失效原因:应力引起。3.衰老期(耗损期)特征——失效率大大增加,可靠性急剧下降,接近报废。

  失效原因:元器件的物理变化、老化和机械磨损、疲劳磨损等。克服办法:应用系统到了这个时期,应大修,更换一批失效的元器件。常采用定期维修、更换等手段进行预防降低系统故障率。

  17.元器件失效分类:突然失效、退化失效、局部失效、全局失效。18.元器件的失效直接受温度、湿度、电压、机械、电磁场等因素的影响。

  17.共模/差模干扰的产生电网中电感性开关的通断,会产生差模的脉冲干扰,空间的电磁波(通信、雷达、雷电等)在电缆上感应出共模干扰两台设备之间的地线电位导致共模电流

  18.三端电容器的原理与正确使用方法(第四章)使用三端电容器或片状滤波器时,要注意中间的接地线越短越好,两侧的引线虽然没有特殊的要求,但是要避免平行部分过长,否则高频滤波效果会打很大折扣。

  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。23.论述EMC与信号质量的关系:EMC与信号质量的相同点:EMC与信号质量可以说是关系密切,在产品内部考虑EMC,也就是产品的正常功能能否实现,此时EMC的分析方法与信号质量控制没什么两样:它也是通过控制关键网络(信号)的质量,比如减少反射、窜扰、振铃,控制信号的辐射强度或降低对外界干扰的敏感程度;达到各信号、单板相互之间正常工作。

  EMC与信号质量的不同点:1.EMC是从场的角度,而信号质量是从信号波形考虑:变化的电场产生磁场,而变化的磁场也能产生电场,电磁场的产生除了需要源以外,还需要传播介质:进行电磁兼容的设计主要就是从控制源头和传播介质而言的:而信号质量则是从硬件原理设计(包括部分ASIC设计)出发,对信号从产生到终止,对其整个回路进行关注;

  2.EMC是从频域的角度考虑,而信号质量是从时域的角度出发;3.在波形沿的考虑上,EMC工程师希望减缓沿,di/dt越小,辐射越小。但随着信号频率的升高。列如在近IGHZ的情况下,在信号周期有限的空间里,扣除EMC的因素,硬件工程师则希望沿更陡一些。

  24.EMC设计目的(与方法):目的:1. 自身功能实现:设备内部电路互不干扰,达到预期的功能;2. 对外干扰低:设备产生的电磁干扰强度低于特定的极限值;3. 对内抗扰能力强:设备对外界的干扰具有一定的抵抗能力;25.EMC(电磁干扰三)磁干扰源;2.电磁干扰敏感装置;3.电磁干扰耦合途径;

  26.PCB的EMC设计通常采取的措施有:1、减少干扰源的强度;2、切断耦合途径;3、提高设备抗干扰能力。28.当跨开槽走线不可避免时,应该进行桥接29.跨分割走线会带来很严重的问题(危害):1.增大电流环路面积,加大环路电感,使输出的波形容易振荡;2.增加向空间的辐射干扰,同时易受空间磁场的影响;3.加大与板上其他电路产生磁场耦合的可能性;4.环路电感上的高频压降构成共模辐射源,并通过外接电缆产生共模辐射。

  27.电磁屏蔽种类(按工作原理分):电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽。低频(100kHz以下)磁场的屏蔽常用高磁导率的铁磁材料(例如铁、硅钢片、坡莫合金等),其原理是利用铁磁材料的高磁导率对干扰磁场进行分路。

  低频磁场屏蔽原理:利用高磁导率的铁磁材料(例如铁、硅钢片)对骚扰磁场进行分路,把磁力线集中在其内部通过,限制在空气中大量发散。高频磁场的屏蔽:其屏蔽原理是利用电磁感应现象在屏蔽体表面所产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的,也就是说,利用了涡流反磁场对于原骚扰磁场的排斥作用,来抑制或抵消屏蔽体外的磁场。

  28.骚扰源到骚扰接收机的耦合途径:辐射和传导。

  电磁兼容((EMC): 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

  常用衬垫:金属丝网衬垫、导电布衬垫、导电橡胶衬垫、指形簧片。屏蔽目的:限制内部能量泄漏出内部区域(主动屏蔽),防止外来的干扰能量进入某一区域(被动屏蔽)差模干扰电流:干扰电流在信号线与信号地线之间(或电源线的火线和零线之间)流动信号线与机壳地或大地之间(滤除共模干扰电流)

  使用三端电容器或片状滤波器时,要注意中间的接地线越短越好,两侧的引线虽然没有特殊的要求,但是要避免平行部分过长,否则高频滤波效果会打很大。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。板上滤波: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,容易损坏器件;采用螺纹紧固时,要注意保证良好电器连接,一定要使用带齿垫片,以便刺透金属表层氧化物,保证良好的射频搭接。1.研究三:空间、时间、频谱

  27.电源、地、信号层设计方法:(给例子——分析说明)

  5.电磁兼容领域中传播特性研究的特点:源的非理想化(源的频域、时域特性的复杂性以及源的几何参数的复杂性)以及宽的频率范围。例如,从10kHz至1GHz,包括了17个倍频程,但对于有用信号, 从波长上看,10kHz的波长为30km,而1GHz的波长仅0.3m,对于同一距离(例如10m或100m),对1GHz为远场区,而对于10kHz则为近场区。

  电磁兼容领域中的传播特性的研究经常需要同时考虑远场与近场,而且传导与辐射并存。从而使传播问题的研究更加复杂化。

  7.电磁兼容分析建模技术研究1.电磁兼容分析问题一般都非常复杂,其基本出发点都是麦克斯韦方程,一般不可能得到其解析解.2.描述和分析电磁波与它们和物体的相互作用的Maxwell物理方程式构成了真正理解EMI问题和寻求解决方案的基础.3.必须针对具体的问题采用合理的数值计算方法,常用的数学知识包括泛复变函数、有限元方法、边界元方法、矩量法、差分法及时域有限差分法、数值积分、数学物理方程等.4.建立骚扰源、耦合特性、设备受扰特性等模型。

  29. 电磁辐射的危害:①干扰广播、电视、通信信号的接收;②干扰电子仪器、设备的正常工作,可能造成信息失误、控制失灵等事故; ③可能引燃一些易燃易爆物质,引起爆炸和火灾;④较强的电磁辐射对人体的健康有很大的影响。

  相邻层的关键信号不跨分割区;地的层数除满足电源平面的要求外,还要考虑:

  元件面下面(第2层或者倒数第2层)有相对完整的地平面;高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面;关键电源有一对应地面相邻(如48V与BGND相邻)。

  19.电磁兼容研究内容

  电磁兼容是研究在有限的空间、时间和频谱资源等条件下,各种用电设备(广义的还包括生物体)可以共存,并不致引起降级的一门科学。

  效费比就是“效用/费用“的比例。效费比高就是“少花钱多办事“。

  EMC电磁兼容考点

  单板层的排布一般原则:

  a. 元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;

  b. 所有信号层尽可能与地平面相邻;

  c. 尽量避免两信号层直接相邻;

  d. 主电源尽可能与其对应地相邻;

  e. 兼顾层压结构对称。

  电源、地平面均能用作参考平面,且有一定的屏蔽作用;但相对而言,电源平面具有较高的特性阻抗,与参考电平存在较大的电位势差;从屏蔽的角度,地平面一般均作了接地处理,并作为基准电平参考点,其屏蔽效果远远优于电源平面;

  在选择参考平面时,应优选地平面。

  此方案为现行四层PCB的主选层设置方案,在元件面下有一地平面,关键信号优选布TOP层;至于层厚设置,有以下建议:

  • 满足阻抗控制;

  • 芯板(GND到POWER)不宜过厚,以降低电源、地平面的分布阻抗;保证电源平面的去耦效果;

  21.传输线反射的结果对模拟信号(正弦波)是形成驻波,对数字信号则表现为上升沿、下降沿的振铃和过冲。这种过冲一方面形成强烈的电磁干扰,另一方面对后级输入电路的保护二极管造成损伤甚至失效。

  22.影响传输线间串扰的因数有:耦合长度L、源端、负载端的输入、输出阻抗,介电常数、传输线的宽度W、厚度T,与参考平面的高度H(换个角度:分布电容Csv、寄生电容CTI、耦合电感L)

  30.分地的作用:分地可以防止不相容电路的回流信号的叠加,防止共地线阻抗耦合。分地并不是将各种地完全隔离。

  31微带线与带状线的比较:1.微带线的传输延时比带状线低(38.1(ps/inch));2.在给定特征阻抗的情况下,微带线的有电容比带状线小;3.微带线位于表层,直接对外辐射;带状线位于内层,有参考平面屏蔽;4.。微带线可视,便于调试;带状线不可视,调试不便;

  。

  EMC电磁兼容考点

  差模电压(differenTIal mode voltage): 一组规定的带电导体任意两根之间的电压。

  o 共模电压(common mode voltage): 每个导体与规定参考点(通常是机壳或地)之间的电压

  o 抗扰度(immunity):装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。

  o (电磁)敏感性(electromagneTIc) suscepTIbility (EMS):在存在电磁骚扰的情况下,装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感性越高,抗扰度越低。

  o 骚扰限值(允许值) limit of disturbance:对应于规定测量方法的最大电磁骚扰允许电平。

  o 干扰限值(允许值)(limit of interference):电磁骚扰使装置、设备或系统最大允许的性能降低。

  o 干扰限值是性能降低的指标,而不是电磁现象的指标。

  o

  o (电磁)兼容裕量(electromagnetic) compatibility margin: 装置、设备或系统的抗扰度电平与骚扰源的发射限值之间的差值。

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