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EMC電磁兼容設計與測試案例分析(第2版)

( 簡體 字)
作者:鄭軍奇類別:1. -> 電子工程 -> 電子電氣
譯者:
出版社:電子工業出版社EMC電磁兼容設計與測試案例分析(第2版) 3dWoo書號: 24437
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不接受訂購

出版日:1/1/2010
頁數:384
光碟數:0
站長推薦:
印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
不接受訂購
ISBN:9787121098505
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

第2版序言
《EMC(電磁兼容)設計與測試案例分析 》在2006年出版以來,受到了廣大讀者的關注,同時在這兩年的時間內也發現了本書不少缺陷,本書修改了第一版的不少缺陷,并且在原來已有案例分析的基礎上,通過案例進一步澄清了以下幾個重要的EMC設計要點的原理及具體處理措施。
(1) EMC測試的實質,解析標準規定的各種EMC測試項目的實質;
(2) 澄清了電源端口濾波電路設計方法,包括濾波電路的選擇,濾波元件參數的選擇;
(3) 澄清了數模混合電路的EMC設計方法,不但澄清了數模混合電路數模電路之間的串擾問題,而且澄清了如何從系統上考慮EMC問題。特別是廣大設計者比較疑惑的數字地與模擬地的處理問題;
(4) 澄清了對PCB中地平面進行分地的優缺點;
(5) 澄清了金屬外殼產品PCB中各種工作地與金屬外殼之間的互連的方法與原理,涉及兩者之間要不要連?如何連?怎么連?在哪里連?等問題;
(6) 澄清了PCB邊緣為何不能布置敏感線、敏感器件、時鐘線或時鐘器件等的原理,并澄清了具體的解決與彌補措施;
(7) 澄清了多層PCB設計時的層疊設計與EMC問題;
(8) 澄清環路引起的差模輻射量級。
中國EMC起步較晚,但是發展較快,經過幾年的發展,越來越多的企業及其工程師已經漸漸了解了EMC,也逐漸掌握了一些EMC設計規則,并用以指導產品的設計。然而,在電子技術飛速發展的中國,在產品設計過程中,還存在許多對EMC本質問題的誤解。消除這些誤解才能幫助讀者解決不可避免的EMC難題,這些誤解主要體現在:
〔接地〕 “接地”這個詞在接觸EMC之前已經進入廣大電子產品設計者的視野中了,大家最熟悉的“地”,就是自然界的地球。電子、電氣產品為了安全,最終需要把產品的某個金屬導體接入“大地”(稱為“保護地”),即自然界的地球中(通常通過建筑物中或專用的接地線排接入)。 對于EMC來講,“接地”可以最大限度地降低產品的EMI輻射,也可以最大限度地減小進入產品的外界干擾。然而,需要把產品接自然界的地球嗎?如何正確理解EMC中的“接地”?案例14《PCB工作地與金屬外殼直接相連是否會導致ESD干擾進入電路》、案例13《金屬外殼屏蔽反而導致EMI測試失敗》和案例69《數模混合電路的PCB設計詳細解析案例》在一定程度上給出了以上問題的答案,控制好產品EMC并不一定需要把產品接入自然界地球的“地” ,對于EMC來說,“接地”是為了引導共模電流的流向。實際上,對于EMI,EMI的騷擾源的參考點是PCB中工作地上的某一點,為了讓騷擾源通過各種途徑流入“天線”(如產品中的電纜),正確的接“地”點應該為這個PCB中工作地上的某一點,可見,這種“接地”從EMI騷擾的流向看,應該發生在“天線”(如電纜)之前;對于產品的大多數高頻抗擾度來說,干擾源的參考點為測試時的參考接地板,正確的接“地”點應該為參考接地板,它“接地”的目的是為了讓外部注入的共模電流不流入產品中的電路。可見,這種“接地”從干擾的流向看,發生在產品的電路之前。產品的“接地”設計首先需要考慮的并非選擇或設計“單點接地”或“多點接地”而是考慮“接地”點的位置和“接地”的措施。如果產品具有金屬外殼,以上的兩種“接地”都可以借助于金屬外殼或其他寄生參數很好的實現,這就是金屬外殼設備為什么更容易通過EMC測試原因,對于非金屬外殼,這兩種接地相對變得更為困難,通過EMC測試也會變得更難。
〔環路與差模輻射〕 產品中輻射是如何產生的? PCB中的信號環路會產生差模輻射, 這是無可爭議的事實。公式E( μV /m)=1.3×I ( A )·S(cm2)·F( MHz)/D(m)
給出了這種差模輻射的量級,其中:
E(μV /m):輻射強度, 單位為μV /m;
I(A):環路中一定頻率下的電流強度,單位為A;
S(cm2):信號環路面積,單位為cm2;
F(MHz):環路中產生輻射的信號頻率,單位為MHz;
D(m):測試點到環路的距離, 單位為m。
根據這個公式,假設一個時鐘信號的電壓幅度為3.3V,頻率為20MHz(工作電流為3.3V/100Ω=33mA,3次諧波60MHz的電流分量有效值為0.005A),環路面積為1cm×1cm(通常認為這是一個很差的PCB設計),這個時鐘環路在其諧波頻率60MHz、3m處所產生的輻射強度為7μV /m,這是一個遠比標準規定的輻射發射限值小的輻射值。也就是說,當環路面積還沒有達到很大時(隨著多層板技術的普及引用,環路面積遠可以設計得更小),這種輻射不會超過當今EMC標準所規定的輻射限值。但是值得注意的是,環路面積增加 ,隨之帶來的共模輻射問題,案例25:《環路引起的輻射發射超標》給出了一種分析。因此,不要過分地強調差模輻射,而忽略了更為重要的共模輻射。
〔屏蔽〕假設以上所說的差模輻射超標是一種現實(或產品所導致輻射超標的等效“天線”在屏蔽體內),那么,只要用一個開孔不是很大的金屬外殼進行屏蔽就可以解決。此時,金屬外殼不需要與PCB做任何連接。但是,隨著以上誤解的消除,并且產品所導致輻射超標的等效“天線”通常也在屏蔽體外(如電纜),這時,這種金屬外殼“屏蔽”的必要性也逐漸下降,案例13《金屬外殼屏蔽反而導致EMI測試失敗》是產生這種誤解的一個典型案例。利用金屬外殼取得更好的EMC性能,是因為金屬外殼提供了更好的“接地”路徑或旁路路徑,想要這種路徑變得更為直接,就需要考慮PCB與金屬外殼之間做合理的互連。設計人員必須消除這種誤解,當你有意為你的產品增加“屏蔽”時,你必須對此“屏蔽”所產生的后果負責。為產品設計屏蔽時,必須考慮所產生輻射等效“天線”物理位置,如果不能將其也屏蔽在內,那么就必須考慮PCB與金屬外殼之間做合理的互連,實現“屏蔽”與“旁路”的轉化。
〔濾波〕電容、電感是濾波電路的基本元器件。電感會產生感抗,并隨頻率增大而增大;電容會產生容抗,并隨頻率增大而減小。當原來的電路中串入一個電感,或并聯一個電容,電感、電容所形成的分壓網絡會降低負載上的干擾電壓,這似乎沒有任何問題,或者說:“多串聯一個電感或多并聯一個電容或多或少是會有好處的”。事實上,電感、電容作為儲能元器件,其上的電壓、電流存在相位關系,電感、電容所組成濾波網絡的一種極端的表現就是諧振。如LC 濾波電路發生諧振發生時,干擾信號并沒有被衰減,相反被放大了,這非常可怕。設計好濾波電路,就必須消除這種誤解,濾波電路的諧振點必須遠離EMC測試頻點。同樣,濾波器件也并非越多越好。
編著者
前言
國內市場上大部分的EMC書籍存在的一個缺陷就是設計與測試脫節。 談論EMC設計技術與方法需要建立在EMC測試的基礎上,不僅是因為EMC設計的第一道門檻就是EMC測試,更重要的是那些只有在EMC測試中才會存在的EMC關鍵因素,如干擾源、接受天線、等效發射天線等,這些都是EMC問題分析中不可缺少的一部分。如傳導騷擾測試,它的實質是LISN中一個電阻兩端的電壓,在電阻一定的情況下,傳導騷擾的高低取決于流經LISN中這個電阻的電流,EMC設計就是為了降低流經這個電阻的電流;又如典型的抗擾度測試,EFT/B測試、BCI測試、ESD測試,它們是一種典型的共模抗擾度測試,干擾源是一種共模干擾,相對于參考接地板的干擾,也就是說這些干擾源的參考點是進行這些測試時的參考接地板,這就意味著這種干擾所產生的電流最終要回到參考接地板,這是分析這類干擾問題的基本出發點。設想一下,對于以上所說的傳導騷擾測試來說,如果你的產品在測試時,騷擾電流不流過LISN中的那個電阻,同時,對于抗擾度測試來說, 這種干擾所造成的電流如果沒有經過你的產品電路,那肯定對于這個產品通過這些EMC測試是非常有利的,這就是產品設計時所要考慮的。因此, EMC設計必須從EMC測試開始。《EMC(電磁兼容)設計與測試案例分析》是一本緊密結合EMC測試實質、EMC設計原理及具體產品設計,來講述EMC設計方法的一本工程參考用書。實踐性與理論性的高度結合是本書的最大特點。
本書共分7章,其中第1章描述EMC知識,主要是為第2∼8章服務。當讀者在閱讀這些章節時,如果對一些基本感念比較模糊,則可以方便地查閱。第2∼7章部分是案例部分,涉及的EMC案例有典型性和代表性。案例描述都采用同樣的格式,即包含〔現象描述〕、〔原因分析〕、〔處理措施〕、〔思考與啟示〕四部分。試圖通過每個案例的分析,向設計人員介紹有關EMC的實用設計與診斷技術,減少設計人員在產品的設計與EMC問題診斷中的誤區 ,使產品達到良好的EMC性。同時通過案例說明EMC的設計原理,使讀者更好地理解設計的由來。〔思考與啟示〕部分實際上是問題的總結與相關問題的注意事項,也可以作為產品設計的EMC檢查列表。案例分為下述6大類。
(1) 產品的結構構架、屏蔽、接地與EMC:對于大部分設備而言,屏蔽都是必要的。特別是隨著電路工作的頻率日益提高,單純依靠線路板設計往往不能滿足EMC標準的要求。合理的屏蔽能大大加強產品的EMC性能,但是不合理的屏蔽設計不但不能起到預期的效果,相反可能引入一些額外的EMC問題。另外,接地不僅有助于解決安全問題,同樣對EMC也相當重要,許多EMC問題是不合理的接地設計造成的,因為地線電位是整個電路工作的基準電位,如果地線設計不當,地線電位就不穩,就會導致電路故障,也有可能產生額外的EMI問題。接地設計的目的是要保證地線電位盡量穩定,降低地壓降, 從而消除干擾現象。
(2) 產品中的電纜、連接器、接口電路與EMC:電纜總是引起輻射或引入干擾的最主要的通道,因為它們的長度的原因,電纜不僅是“發射天線”,同時也是良好的“接收天線”。與電纜有著最直接關系的,無非是連接器與接口電路。良好的接口電路設計,不但可以使內部電路的噪聲得到很好的抑制,使“發射天線”無驅動源,而且也同樣可以濾除電纜從外界接收到的干擾信號。正確的連接器設計,又給電纜與接口電路提供了一個很好的配合通道。
(3) 通過濾波與抑制提高產品EMC性能:對于任何設備而言,濾波與抑制都是解決電磁干擾的關鍵技術之一。因為設備中的導線是效率很高的接收和輻射天線,因此,設備產生的大部分輻射發射都是通過各種導線實現的,而外界干擾往往也是首先被導線接收到,然后串入設備的。濾波與抑制的目的就是消除導線上的這些干擾信號,防止電路中的干擾信號傳到導線上,借助導線輻射,也防止導線接收到的干擾信號傳入電路。
(4) 旁路、去耦與儲能:當器件工作時,時鐘和數據信號腳上的信號電平按規律發生變化,此時,去耦將提供給元器件在時鐘和數據變化期間正常工作的足夠的動態電壓和電流。去耦是通過在信號線和電源平面間提供一個低阻抗的電源來實現的。在頻率升高到自諧振點之前,隨著頻率的提高,去耦電容的阻抗會越來越低,這樣,高頻噪聲會有效地從信號線上泄放,這時余下的低頻射頻能量就沒有什么影響了。最佳的實現效果可通過儲能、旁路、去耦電容來達到,這些電容的值可通過特定的公式計算得到。另外,必須正確適當地選擇電容的絕緣材料,而不是根據過去的用法和經驗來隨意的選擇。
(5) PCB設計與EMC:無論設備產生電磁干擾發射還是受到外界干擾的影響,或者電路之間產生相互干擾,PCB都是問題的核心,無論是PCB中的器件布局,還是PCB中線路布線,都會對產品整體的EMC性能產生本質的影響。如接口連接器的仿真位置將影響共模電流流經的方向,布線的路徑將影響電路環路的大小,這些都是EMC的關鍵。因此設計好PCB對于保證設備的EMC性具有重要的意義。PCB設計的目的就是減小PCB上的電路產生的電磁輻射和對外界干擾的敏感性,減小PCB上電路之間的相互影響。
(6) 器件、軟件與頻率抖動技術:電路由器件構成,但是器件的EMC性能往往被忽略掉,其實器件的封裝、上升沿、引腳分布及器件本身的抗ESD能力,都對器件所應用產品的EMC性能產生很大的影響。軟件雖然不是屬于EMC學術范疇,但是有些情況下,利用軟件提供的容錯技術,避開產品對外界干擾的影響。頻率抖動技術是近年來流行的一種降低電路傳導騷擾和輻射騷擾的技術,但是該技術也不是萬無一失的。本章節中的案例將詳細說明頻率抖動技術的實質及注意事項。
其實EMC設計規范猶如交通法規,不遵守不一定會出交通事故,但是風險必然加大,EMC設計也是一樣,有些規則不遵守也許也能在測試中過關,但是過關的風險必然加大,所以在產品設計中有必要引入風險的意識,EMC設計的目的是最大限度地降低EMC測試風險,只有遵守所有的EMC“交通規則”的產品才是具有最低EMC風險的產品。 本書的大部分內容來自于作者在實際工作中碰到的EMC問題,每個案例都有較詳細的理論分析過程,并從中得出參考經驗。這些案例是作者積累的大量EMC案例中的幾個典型,每一個案例的結果都形成了一個或多個的EMC設計規則,這是值得借鑒與參考的。由于作者所從事產品的限制,也許不能包含各類電子、電氣產品的EMC問題,同時也可能由于作者知識的不全面性,導致出現一些描述不合理或不精確、甚至錯誤的地方,還望廣大讀者指出。另外,需要說明的是,書中案例均取自具體產品,為方便廣大讀者,其中的元器件符號、代號、圖形等并未按國標進行標準化處理。
在此我要特別感謝為本書提過寶貴意見及建議的吳勤勤教授、博導;同時還要感謝倪堅博士,以及對本書提過寶貴意見的各位同仁;另外也要感謝電子工業出版社的副編審張榕及其同事們。
編著者
內容簡介:

本書以分析EMC案例分析為主線,通過案例描述分析,介紹產品設計中的EMC技術,向讀者介紹產品設計有關EMC的實用設計技術與診斷技術,減少設計人員在產品的設計與EMC問題診斷中的誤區。所描述的EMC案例涉及結構、屏蔽與接地、濾波與抑制、電纜、布線、連接器與接口電路、旁路、去耦與儲能、PCB layout還有器件、軟件與頻率抖動技術各個方面。
目錄:

第1章EMC基礎知識及EMC測試實質
1.1什么是EMC
1.2傳導、輻射與瞬態
1.3理論基礎
1.3.1時域與頻域
1.3.2電磁騷擾單位分貝(dB)的概念
1.3.3正確理解分貝真正的含義
1.3.4電場、磁場與天線
1.3.5RLC電路的諧振
1.4EMC意義上的共模和差模
1.5EMC測試實質
1.5.1輻射發射測試實質
1.5.2傳導騷擾測試實質
1.5.3ESD抗擾度測試實質
1.5.4輻射抗擾度測試實質
1.5.5共模傳導性抗擾度測試實質
1.5.6差模傳導性抗擾度測試實質
1.5.7差模共模混合的傳導性抗擾度測試實質
第2章產品的結構構架、屏蔽、接地與EMC
2.1概論
2.1.1產品的結構、構架與EMC
2.1.2產品的屏蔽與EMC
2.1.3產品的接地與EMC
2.2相關案例分析
2.2.1案例1:傳導騷擾與接地
2.2.2案例2:傳導騷擾測試中應該注意的接地環路
2.2.3案例3:屏蔽體外的輻射從哪里來
2.2.4案例4:“懸空”金屬與輻射
2.2.5案例5:伸出屏蔽體的“懸空”螺柱造成的輻射
2.2.6案例6:屏敝材料的壓縮量與屏蔽性能
2.2.7案例7:開關電源中變壓器初、次級線圈之間的屏蔽層對EMI作用有多大
2.2.8案例8:金屬外殼接觸不良與系統復位
2.2.9案例9:靜電放電與螺釘
2.2.10案例10:散熱器與ESD也有關系
2.2.11案例11:怎樣接地才有利于EMC
2.2.12案例12:散熱器形狀影響電源端口傳導發射
2.2.13案例13:金屬外殼屏蔽反而導致EMI測試失敗
2.2.14案例14:PCB工作地與金屬外殼直接相連是否會導致ESD干擾進入電路
2.2.15案例15: 數/模混合器件數字地與模擬地如何接
第3章產品中電纜、連接器、接口電路與EMC
3.1概論
3.1.1電纜是系統的最薄弱環節
3.1.2接口電路是解決電纜輻射問題的重要手段
3.1.3連接器是接口電路與電纜之間的通道
3.1.4PCB之間的互連是產品EMC的最薄弱環節
3.2相關案例
3.2.1案例16: 由電纜布線造成的輻射超標
3.2.2案例17:屏蔽電纜“Pigtail”有多大影響
3.2.3案例18:接地線接出來的輻射
3.2.4案例19: 使用屏蔽線一定優于非屏蔽線嗎
3.2.5案例20:塑料外殼連接器與金屬外殼連接器對ESD的影響
3.2.6案例21:塑料外殼連接器選型與ESD
3.2.7案例22:當屏蔽電纜的屏蔽層不接地時
3.2.8案例23:數碼相機輻射騷擾問題引發的兩個EMC設計問題
3.2.9案例24:為什么PCB互連排線對EMC那么重要
3.2.10案例25:環路引起的輻射發射超標
3.2.11案例26: 注意產品內部的互連和布線
3.2.12案例27:信號線與電源線混合布線的結果
3.2.13案例28:電源濾波器安裝要注意什么
第4章通過濾波與抑制提高產品EMC性能
4.1概論
4.1.1濾波器及濾波器件
4.1.2防浪涌電路中的元器件
4.2相關案例
4.2.1案例29:由Hub引起的輻射發射超標
4.2.2案例30:電源濾波器的安裝與傳導騷擾
4.2.3案例31:輸出端口的濾波影響輸入端口的傳導騷擾
4.2.4案例32:共模電感應用得當,輻射、傳導抗擾度測試問題解決
4.2.5案例33:電源差模濾波的設計
4.2.6案例34:電源共模濾波的設計
4.2.7案例35:濾波器件是否越多越好
4.2.8案例36:濾波器件布置時應該注意的事件
4.2.9案例37:如何解決電源諧波電流超標
4.2.10案例38:接口電路中電阻和TVS對防護性能的影響
4.2.11案例39:防浪涌器件能隨意并聯嗎
4.2.12案例40:浪涌保護設計要注意“協調”
4.2.13案例41:防雷電路的設計及其元件的選擇應慎重
4.2.14案例42:防雷器安裝很有講究
4.2.15案例43:如何選擇TVS管的鉗位電芯,峰值功率
4.2.16案例44:選擇二極管鉗位還是選用TVS保護
4.2.17案例45:鐵氧體磁環與EFT/B抗擾度
4.2.18案例46: 磁珠如何降低開關電源的輻射發射
第5章旁路和去耦
5.1概論
5.1.1去耦、旁路與儲能的概念
5.1.2諧振
5.1.3阻抗
5.1.4去耦和旁路電容的選擇
5.1.5并聯電容
5.2相關案例
5.2.1案例47:電容值大小對電源去耦效果的影響
5.2.2案例48:芯片電流引腳上磁珠與去耦電容的位置
5.2.3案例49:靜電放電干擾是如何引起的
5.2.4案例50:小電容解決困擾多時的輻射抗擾度問題
5.2.5案例51:金屬外殼產品中空氣放電點該如何處理
5.2.6案例52:ESD與敏感信號的電容旁路
5.2.7案例53:磁珠位置不當引起的浪涌測試問題
5.2.8案例54:旁路電容的作用
5.2.9案例55:光耦兩端的數字地與模擬地如何接
5.2.10案例56:二極管與儲能、電壓跌落、中斷抗擾度
第6章PCB設計與EMC
6.1概論
6.1.1PCB是一個完整產品的縮影
6.1.2PCB中的環路無處不在
6.1.3PCB中必須防止串擾的存在
6.1.4PCB中不但存在大量的天線而且也是驅動源
6.1.5PCB中的地平面阻抗與瞬態抗干擾能力有直接影響
6.2相關案例
6.2.1案例57:“靜地”的作用
6.2.2案例58:PCB布線形成的環路造成ESD測試時復位
6.2.3案例59:PCB布線不合理造成網口雷擊損壞
6.2.4案例60:共模電感兩邊的“地”如何處理
6.2.5案例61:PCB中鋪“地”和“電源”要避免耦合
6.2.6案例62:PCB布線寬度與浪涌測試電流大小的關系
6.2.7案例63:如何避免晶振的噪聲帶到電纜口
6.2.8案例64:地址線噪聲引起的輻射發射
6.2.9案例65:環路引起的干擾
6.2.10案例66:PCB層間距設置與EMI
6.2.11案例67:布置在PCB邊緣的敏感線為何容易受ESD干擾
6.2.12案例68:減小串聯在信號線上的電阻可通過測試
6.2.13案例69: 數模混合電路的PCB設計詳細解析案例
6.2.14案例70:晶振為什么不能放置在PCB邊緣
6.2.15案例71:強輻射器中下方為何要布置局部地平面
6.2.16案例72:接口電路布線與抗ESD干擾能力
第7章器件、軟件與頻率抖動技術
7.1器件、軟件與EMC
7.2頻率抖動技術與EMC
7.3相關案例
7.3.1案例73:器件EMC特性和軟件對系統EMC性能的影響不可小視
7.3.2案例74:軟件與ESD抗擾度
7.3.3案例75:頻率抖動技術帶來的傳導騷擾問題
7.3.4案例76:電壓跌落與中斷測試引出電路設計與軟件問題
附錄AEMC術語
附錄B民用、工科醫、鐵路等產品相關標準中的EMC測試
附錄C汽車電子、電氣零部件的EMC測試
附錄D軍用標準中的常用EMC測試
附錄EEMC標準與認證
序: