原创 EMC控制技术及设计

控制技术：

屏蔽、滤波、接地、隔离、平衡传输。
1、屏蔽技术----在机箱（柜）和某些元器件上喷涂一层金属作为屏蔽层，用于切断骚扰通过空间传播的途径。
1）实际机箱上总是存在各式各样的孔和缝隙，可能造成电磁波的严重泄漏，因此在设计中应遵循下面的经验公式：商用设备机箱孔缝直径d<λ/20；军用设备d<λ/50，屏蔽效能可达20多dB。
2）为提高机箱的屏蔽效能，在接缝处可使用导电衬垫，通风窗可使用波导管，显示窗可使用屏蔽玻璃。

2、滤波技术----用于切断沿导线传播的传导骚扰。
反射式滤波器----LC低通滤波器安装在电源线、信号线和控制线端口，滤除频率较高的共模骚扰（线－地间骚扰）和差模骚扰（线－线间的骚
扰）。
滤波器的安装直接影响到滤波性能。滤波器应该安装在机箱入口处，金属外壳和屏蔽机箱紧密搭接，搭接面积越大越好，以保证良好的低阻抗接地通道。同时滤波器的输入输出线要最大限度地相互隔离，不能靠近和平行走线。

电源滤波器：

滤波器的正确安装：

吸收式滤波器----铁氧体磁环在高频时呈现电阻性，套在整个连接线上能消耗高频共模骚扰的能量。由于共模骚扰电流在连接线上是有一定分布的，因此铁氧体磁环应放在连接线的引出处电流较高的位置上。
如有可能信号线最好直接采用带滤波器的连接器，这种连接器的插座上每个引脚都带有由铁氧体磁珠和穿心电容组成的滤波器，但这种插座价格较贵。

铁氧体吸收型滤波器：

共模扼流圈：

3、接地技术----为了防止共地线干扰，每个设备中可能有多种接地线
1）保护地线：以安全为目的，通常与金属机架机壳相连接；
2）工作地线：为设备中各个电路提供稳定的零基准电位的，一般工作接地又根据供电电压、数字和模拟电路等分别设置地线；
3）屏蔽地线：为了抑制噪声，电缆、变压器等的屏蔽层需接该地线，。
4）设备的地线布置一般采用树形结构，最后三类地线都连接到设备的一个接地点上。

4、隔离技术—在传输线上插入隔离变压器或光电耦合器，它们只能传输有用
的差模信号，不能传输共模信号，用于切断地环路干扰
光电耦合器重量轻、体积小，响应速度快，又可传输直流和低频信号，因此，已
广泛应用于数字信号的传输中。

切断地环路

隔离变压器：

光电耦合器：

5、平衡传输技术--设备之间的信号传输从不平衡方式改变为平衡传输方式并与隔离技术结合，可进一步抑制地环路干扰。
具体作法可以是传输线中的两条线都不接地，对地平衡，发送端和接收端都采用平衡差分电路，这样两条线上的共模电流对地是平衡的，因此在负载端不能转变成差模电压而干扰设备的正常工作。

6、采用新材料、新器件、新工艺
1）三引脚的高频电容器----大大增强去耦滤波性能；
2）表面安装（SMT）元器件----用在元器件密度很高的情况下，避免电路间的相互干扰；
3）铁氧体磁珠、磁环----用作吸收式滤波器，其性能优于电感器，并且可以做得很小，使用方便灵活。
4）金属衬垫、导电橡胶、导电漆、透明屏蔽玻璃等----用于改善机箱屏蔽性能。

EMC设计：

EMC设计：在产品开发的最初阶段进行。
EMC设计应从两方面着手考虑：
产品与外界的连接界面，包括机箱；电源线、控制线、信号线等连接线的端口；
产品内部结构的设计与布置，包括印制电路板设计，各部件的电磁兼容设计，以
及相互连接线的布置等等。

1、端口设计
1）提高机箱的屏蔽效能。
2）在连接线端口设置滤波器。
3）采用平衡传输方式和隔离技术抑制地环路干扰。
4） 雷电多发区和有强电设备的工业场所，应在连接线端口设置防雷器和浪涌抑制器。
5）如果信号线传输的信号速率较高，串接滤波器可能把有用的信号的高频部分也滤掉，这时就只能采用屏蔽电缆和屏蔽连接器，并要求它们的屏蔽层和机箱的屏蔽层保持360度的完整搭接，不能出现“猪尾巴”现象。

屏蔽层保持电连续性和一致性：

2、产品内部结构的设计与布置
1）印制电路板的设计最为重要
2）设计目的：
使板上各部分电路之间没有相互干扰；印制板对外的传导发射和辐射发射尽可能降低，达到有关标准要求；外部的传导干扰和辐射干扰对板上的电路基本无影响。
3）设计的步骤：
选取印制板类型，
确定元器件在板上的位置，
依次布置地线、电源线、高速信号线，低速信号线。

设计应遵循三个主要原则：
1）无论是信号环路或供电环路，电流的环路面积越小越好，尤其不能出现环套环的重叠现象。

大的电流环路面积的危害：

1）加大差模电流辐射

2）加大共模电流辐射

3）加大与其它信号环路的磁场耦合

要减小环路面积：需信号线紧贴回流线。

2.不相容的元器件和信号线（数字与模拟、高速与低速、大电流与小电流、高电压与低电压等）应相互远离，不要平行走线。
分布在不同层上的信号线走向应相互垂直。这样可以减少相互之间的电场和磁场
耦合干扰。
3.高速信号线应考虑阻抗匹配问题，即信号线的负载应与信号线的特性阻抗相等。阻抗不匹配将引起传输信号的反射，使数字波形产生振荡，造成逻辑混乱。通常信号线的负载是芯片，基本稳定。造成不匹配的原因主要是信号线走线过程中本身的特性阻抗的变化，例如走线的宽窄不一，走线拐弯，经过过孔等。所以布线时应采取措施，使得信号线全程走线的特性阻抗保持不变。

基本思想：

干扰抑制要采取综合整治的方法，层层设防，才能达到预期效果。实际上在设计中采用正确的措施常常能同时起到抗干扰和抑制发射的作用。
1）兼容的观点就是既要对噪声源进行抑制，又要提高敏感设备的抗干扰能力，不能单纯的强调一个侧面。如果无限制的对某个侧面提出过高要求，则可能导致人力、物力和时间上的浪费，有时甚至是难以实现的。
2）应该站在整个系统的立场上在系统的组织设计初期就考虑电磁兼容问题，并在设备制造、现场施工及使用维护中加以实施，这样才能确保整个系统的正常运转。

电磁兼容测试：

诊断测试和达标测试
1）电磁骚扰发射测试（EMI）包括辐射发射（RE）和传导发射（CE）测试
2）抗扰度测试又称为敏感度测试（EMS）

骚扰的辐射发射测试

骚扰的传导发射测试

谐波测试

设备抗扰度测试：

常做的几种试验有：辐射电磁场抗扰度试验、射频场感应的传导骚扰抗扰度试验、静电放电抗扰度试验、电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、浪涌（冲击）抗扰度试验、电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验、工频磁场抗扰度试验、脉冲磁场抗扰度试验等。

抗扰度的是要等级和性能判据：

试验等级：1、2、3、4、X
性能判据：
A：EUT工作完全正常；
B：EUT工作指标或功能出现非期望偏离，但当骚扰去除后可自行恢复；
C：EUT工作指标或功能出现非期望偏离，骚扰源去除后不能自行恢复，必须依靠操作人员的介入，例如“复位”（不包括技术人员进行的硬件维修和软件得装）方可恢复；
D：EUT的元器件损坏，数据丢失、软件故障等。