EMC簡單介紹
EMC的概念:電磁兼容(Electromagnetic Compatibility , EMC) 其定義為“設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力”。
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EMC包含兩個方面的意思,首先,設(shè)備能夠抵抗所接受到的干擾而正常工作(即EMS);其次,設(shè)備所發(fā)射的電磁干擾不能影響其它設(shè)備的正常工作(即EMI)。
EMC設(shè)計
1. EMC設(shè)計的內(nèi)容:
EMC設(shè)計可分為:
信號設(shè)計、線路設(shè)計、屏蔽、接地、濾波、合理布局
其中與結(jié)構(gòu)關(guān)系較大的有:
屏蔽、接地、合理布局
注意:并不代表其它措施與結(jié)構(gòu)設(shè)計完全無關(guān),結(jié)構(gòu)設(shè)計亦需配合完成其它措施比如合理布局。
2. EMC設(shè)計基本目的:
產(chǎn)品內(nèi)部的電路互相不產(chǎn)生干擾,達到預(yù)期的功能。
產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾強度低于特定的極限值。
產(chǎn)品對外界的電磁干擾有一定的抵抗能力。
3. EMC設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)各階段的成本:
在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段,解決EMC問題的途徑多,將花費較少的成本;到產(chǎn)品生產(chǎn)后期再采取解決EMC的技術(shù)措施,將受到各種情況的制約。并且,采用同樣的技術(shù)措施,在生產(chǎn)后期采用時,將大大增加產(chǎn)品成本,延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
▲EMC設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)各階段的成本
因此,隨著產(chǎn)品開發(fā)向前推進,解決EMC的成本越來越高。因此,EMC設(shè)計越早進行越好,千萬不要等到EMC測試出現(xiàn)問題了,再去急急忙忙的查找原因、尋找解決方案。
4. 傳統(tǒng)EMC對策:
產(chǎn)品在進行實際測試的時候,EMC問題實際發(fā)生了,開始查找EMC問題,使用的工具:頻譜儀和近場探頭
此時能夠采取的手段是:屏蔽和濾波
傳統(tǒng)EMC對策存在的問題是:
● 需要考慮設(shè)備內(nèi)部【板間,板內(nèi)信號間】EMI問題,不能使用屏蔽/濾波手段;
● 屏蔽和濾波會導致產(chǎn)品設(shè)計修改,增加產(chǎn)品成本和延長產(chǎn)品開發(fā)周期;
● 信號頻率與干擾頻率一致,不能采用濾波;
● 頻率提高,布線、屏蔽體、機箱等成為天線;
● 高頻信號耦合到電纜,由電纜發(fā)射;
● 產(chǎn)品開發(fā)最后階段解決EMC問題的唯一辦法是:屏蔽和濾波。但是,用屏蔽能解決所有的EMC問題?
● 屏蔽策略的隱患:機箱及屏蔽材料的變形及損壞,產(chǎn)生電磁泄漏
● 這種對策的結(jié)果是:有利于通過EMC,但是會惡化內(nèi)部干擾,影響設(shè)備穩(wěn)定性,增加抗干擾的要求。
5. EMC對策新理念:
▲全面的EMC管理
EMC對策的新理念是進行全面的EMC管理,盡早進行EMC設(shè)計:
● EMC是一項系統(tǒng)工程:早考慮 ,成本低,手段多,效率高;需要產(chǎn)品開發(fā)團隊協(xié)同配合,包括結(jié)構(gòu)設(shè)計。
● 充分利用現(xiàn)有的EMC設(shè)計規(guī)范和設(shè)計指南(專家的經(jīng)驗),當然,在使用的時候需要思考:設(shè)計能全部按照設(shè)計規(guī)則執(zhí)行嗎?所有理論在所有場合都正確嗎?
● 合理使用仿真技術(shù),把問題扼殺在萌芽階段 。PCB板設(shè)計的仿真:Hyperlynx。電子電路仿真:Pspice、Serenade。
● 精度與速度,實際問題實際解決。使用測量技術(shù),使用一般儀器進行對比測試。引入電磁場掃描技術(shù),進行EMC預(yù)兼容測試。
6. EMC設(shè)計的流程:
7. EMC結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗:
● 在項目的早期就參與結(jié)構(gòu)設(shè)計,由硬件工程師主導硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,而不是被動地接收已有的結(jié)構(gòu)造型,然后千方百計地想辦法怎樣才能在現(xiàn)有的造型基礎(chǔ)上盡量滿足性能、EMC等的要求,要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中起到主導性的作用;
● 盡早設(shè)計出3D圖,針對3D圖,組織各方面的人員反復(fù)討論,權(quán)衡利弊,就EMC而言,要針對3D圖去發(fā)現(xiàn)問題,填補問題,這樣的互動要進行很多次,直至能得到一個比較滿意的結(jié)果;
● 屏蔽結(jié)構(gòu)的使用,哪些板卡需要屏蔽、哪些可以不要,未屏蔽的板卡要針對EMC采取哪些預(yù)防措施,PCB本身也許就可以作為EMC的屏蔽體;
● 線材處理,包括內(nèi)部模塊互連線(暴露在屏蔽殼之外)及外部接口線,是否已經(jīng)在母板、連接板或輸出板等位置預(yù)留濾波措施。
8、EMC PCB 設(shè)計
(1)、PCB設(shè)計
a、布局:同類電路布在一塊、控制最小路徑原則、高速電路間不要靠近小面板、電源模塊靠近進單盤的位置;
b、分層:高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件面下布一層地、近可能將兩個表層布地層、內(nèi)層比表層縮進20H;
c、布線:3W原則、差分對線等長,靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區(qū);
d、接地:同類電路單獨分布地,在單板上單點相連;
e、濾波:電源模塊、功能電路設(shè)計板級慮波電路;
f、接口電路設(shè)計:接口電路設(shè)計濾波電路、實現(xiàn)內(nèi)外有效隔離。
(2)布局的基本原則:
a、參照原理功能框圖,基于信號流向,按照功能模塊劃分;
b、數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局
c、單板焊接面避免放置敏感器件或強輻射器件;
d、敏感信號、強輻射信號回路面積最小;
e、晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板拉手條、對外接口連接器、敏感器件放置,推薦距離≥1000mil;
f、敏感器件:遠離強輻射器件,推薦距離≥1000mil;
g、隔離器件、A/D器件:輸入、輸出互相分開,無耦合通路(如相鄰的參考平面),最好跨接于對應(yīng)的分割區(qū);
(3)特殊器件布局
a、電源部分(置于電源入口處);
b、時鐘部分(遠離開口,靠近負載,布線內(nèi)層);
c、電感線圈(遠離EMI源);
d、總線驅(qū)動部分(布線內(nèi)層,遠離開口,靠近宿);
e、濾波器件(輸入、輸出分開,靠近源,引線短);
(4)濾波電容的布局:BULK電容:
a、所有分支電源接口電路;
b、功耗大的元器件附近;
c、存在較大電流變化的區(qū)域,如電源模塊的輸入和輸出端、風 扇、繼電器等;
d、PCB電源接口電路;
(5)去藕電容的布局:
a、靠近電源管腳;
b、位置、數(shù)量適當;
(6)接口電路的布局的基本原則:
a. 接口信號的濾波、防護和隔離等器件靠近接口連接器放置,先防護,后濾波;
b. 接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離;
c. 變壓器與連接器之間的信號網(wǎng)絡(luò)無交叉;
d. 變壓器對應(yīng)的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置;
e. 接口芯片(網(wǎng)口、E1/T1口、串口等)盡量靠近變壓器或連接器放置;
(7)布線
a. 走線短,不同類走線間距寬(信號及其回流線、差分線、屏蔽地線除外),過孔少,無環(huán)路,回路面積小,無線頭;
b. 有延時要求的走線,其長度符合要求;
c. 無直角,對關(guān)鍵信號線優(yōu)先采用圓弧倒角;
d. 相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關(guān)鍵信號平行布線≤1000MIL;
e. 走線線寬無跳變或滿足阻抗一致;
(8)各國產(chǎn)品安全和EMC認證組織
-歐美:CE
-美國:FCC&UL,NEBS
-日本:VCCI
-澳大利亞:CE
-中國:CCC
-***:CE
產(chǎn)品認證流程
-認證申請
-提交認證材料(認證標準、產(chǎn)品使用手冊等)
-產(chǎn)品測試
-完成測試報告
-頒發(fā)認證證書
-產(chǎn)品發(fā)布
EMC標準及測試
國際標準
1、國際電工委員為IEC
2、國際標準華組織ISO
4、歐盟電信標準委員會ETSI
5、國際無線電通信咨詢委員CCIR
6、國際通訊聯(lián)盟ITU
6、國際電工委員會IEC有以下分會進行EMC標準研究
-CISPR:國際無線電干擾特別委員會
-TC77:電氣設(shè)備(包括電網(wǎng))內(nèi)電磁兼容技術(shù)委員會
-TC65:工業(yè)過程測量和控制
國際標準化組織
1、FCC聯(lián)邦通
2、VDE德國電氣工程師協(xié)會
3、VCCI日本民間干擾
4、BS英國標準
5、ABSI美國國家標準
6、GOSTR俄羅斯政府標準
7、GB、GB/T中國國家標準
EMI測試
1、輻射騷擾電磁場(RE)
2、騷擾功率(DP)
3、傳導騷擾(CE)
4、諧波電路(Harmonic)
5、電壓波動及閃爍(Flicker)
6、瞬態(tài)騷擾電源(TDV)
EMS測試
1、輻射敏感度試驗(RS)
2、工頻次次輻射敏感度試驗(PMS)
3、靜電放電抗擾度(ESD)
4、射頻場感應(yīng)的傳導騷擾抗擾度測試(CS)
5、電壓暫降,短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)
6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)
7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)
8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)
EMC測試結(jié)果的評價
A級:實驗中技術(shù)性能指標正常
B級:試驗中性能暫時降低,功能不喪失,實驗后能自行恢復(fù)
C級:功能允許喪失,但能自恢復(fù),或操作者干預(yù)后能恢復(fù)
R級:除保護元件外,不允許出現(xiàn)因設(shè)備(元件)或軟件損壞數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。
5、電壓暫降,短時中斷和電壓變化抗擾度測試(DIP)
6、浪涌(沖擊)抗擾度測試(SURGE)
7、電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT/B)
8、電力線感應(yīng)/接觸(Power induction/contact)
責任編輯;zl
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