EMC电磁兼容设计与测试案例分析（第3版）.pdf

内容简介

本书以分析EMC案例分析为主线，通过案例描述分析，介绍产品设计中的EMC技术，向读者介绍产品设计有关EMC的实用设计技术与诊断技术，减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中的误区。

所描述的EMC案例涉及结构、屏蔽与接地、滤波与抑制、电缆、布线、连接器与接口电路、旁路、去耦与储能、PCB layout还有器件、软件与频率抖动技术各个方面。

目录

目录

第1 章　EMC 基础知识及EMC 测试实质………………………………………………… （1）

1.1　什么是EMC ………………………………………………………………………… （1）

1.2　传导、辐射与瞬态…………………………………………………………………… （2）

1.3　理论基础……………………………………………………………………………… （3）

1.3.1　时域与频域………………………………………………………………………… （3）

1.3.2　电磁骚扰单位分贝（dB） 的概念…………………………………………………… （4）

1.3.3　正确理解分贝真正的含义…………………………………………………………… （5）

1.3.4　电场、磁场与天线…………………………………………………………………… （8）

1.3.5　RLC 电路的谐振…………………………………………………………………… （14）

1.4　EMC 意义上的共模和差模………………………………………………………… （17）

1.5　EMC 测试实质……………………………………………………………………… （18）

1.5.1　辐射发射测试实质………………………………………………………………… （18）

1.5.2　传导骚扰测试实质………………………………………………………………… （21）

1.5.3　ESD 抗扰度测试实质……………………………………………………………… （22）

1.5.4　辐射抗扰度测试实质……………………………………………………………… （23）

1.5.5　共模传导性抗扰度测试实质………………………………………………………… （25）

1.5.6　差模传导性抗扰度测试实质………………………………………………………… （27）

1.5.7　差模共模混合的传导性抗扰度测试实质…………………………………………… （27）

第2 章　产品的结构构架、屏蔽、接地与EMC ………………………………………… （28）

2.1　概论………………………………………………………………………………… （28）

2.1.1　产品的结构、构架与EMC ………………………………………………………… （28）

2.1.2　产品的屏蔽与EMC ………………………………………………………………… （29）

2.1.3　产品的接地与EMC ………………………………………………………………… （30）

2.2　相关案例分析……………………………………………………………………… （31）

2.2.1　案例1： PCB 工作地与金属壳体到底应该关系如何………………………………… （31）

2.2.2　案例2： 接地方式如此重要………………………………………………………… （33）

2.2.3　案例3： 传导骚扰与接地…………………………………………………………… （37）

2.2.4　案例4： 传导骚扰测试中应该注意的接地环路……………………………………… （41）

2.2.5　案例5： 屏蔽体外的辐射从哪里来………………………………………………… （44）

2.2.6　案例6： “悬空” 金属与辐射……………………………………………………… （46）

2.2.7　案例7： 伸出屏蔽体的“悬空” 螺柱造成的辐射…………………………………… （49）

2.2.8　案例8： 屏蔽材料的压缩量与屏蔽性能…………………………………………… （52）

2.2.9　案例9： 开关电源中变压器初、次级线圈之间的屏蔽层对EMI 作用有多大………… （55）

2.2.10　案例10： 金属外壳接触不良与系统复位…………………………………………… （60）

2.2.11　案例11： 静电放电与螺钉………………………………………………………… （61）

·Ⅸ·

2.2.12　案例12： 怎样接地才有利于EMC ………………………………………………… （62）

2.2.13　案例13： 散热器形状影响电源端口传导发射……………………………………… （66）

2.2.14　案例14： 金属外壳屏蔽反而导致EMI 测试失败…………………………………… （70）

2.2.15　案例15： PCB 工作地与金属外壳直接相连是否会导致ESD 干扰进入电路………… （75）

2.2.16　案例16： 是地上有干扰吗？ ……………………………………………………… （81）

第3 章　产品中电缆、连接器、接口电路与EMC ………………………………………… 83

3.1　概论……………………………………………………………………………………… 83

3.1.1　电缆是系统的最薄弱环节……………………………………………………………… 83

3.1.2　接口电路是解决电缆辐射问题的重要手段……………………………………………… 83

3.1.3　连接器是接口电路与电缆之间的通道………………………………………………… 84

3.1.4　PCB 之间的互连是产品EMC 的最薄弱环节…………………………………………… 85

3.2　相关案例………………………………………………………………………………… 87

3.2.1　案例17： 由电缆布线造成的辐射超标………………………………………………… 87

3.2.2　案例18： 屏蔽电缆的“Pigtail” 有多大影响…………………………………………… 89

3.2.3　案例19： 屏蔽电缆屏蔽层是双端接地还是单端接地？ ………………………………… 92

3.2.4　案例20： 为何屏蔽电缆接地就会导致测试无法通过？ ………………………………… 94

3.2.5　案例21： 接地线接出来的辐射………………………………………………………… 97

3.2.6　案例22： 使用屏蔽线一定优于非屏蔽线吗……………………………………………… 99

3.2.7　案例23： 塑料外壳连接器与金属外壳连接器对ESD 的影响…………………………… 105

3.2.8　案例24： 塑料外壳连接器选型与ESD ……………………………………………… 107

3.2.9　案例25： 当屏蔽电缆的屏蔽层不接地时……………………………………………… 108

3.2.10　案例26： 数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC 设计问题……………………… （110）

3.2.11　案例27： 为什么PCB 互连排线对EMC 那么重要………………………………… （116）

3.2.12　案例28： PCB 板间的信号互联是产品EMC 最薄弱的环节………………………… （123）

3.2.13　案例29： 环路引起的辐射发射超标……………………………………………… （125）

3.2.14　案例30： 注意产品内部的互连和布线…………………………………………… （128）

3.2.15　案例31： 信号线与电源线混合布线的结果……………………………………… （129）

3.2.16　案例32： 电源滤波器安装要注意什么…………………………………………… （132）

第4 章　通过滤波与抑制提高产品EMC 性能…………………………………………… （136）

4.1　概论………………………………………………………………………………… （136）

4.1.1　滤波器及滤波器件………………………………………………………………… （136）

4.1.2　防浪涌电路中的元器件…………………………………………………………… （140）

4.2　相关案例…………………………………………………………………………… （145）

4.2.1　案例33： 由Hub 引起的辐射发射超标…………………………………………… （145）

4.2.2　案例30： 电源滤波器的安装与传导骚扰…………………………………………… （149）

4.2.3　案例35： 输出端口的滤波影响输入端口的传导骚扰……………………………… （152）

4.2.4　案例36： 共模电感应用得当， 辐射、传导抗扰度测试问题解决决………………… （156）

4.2.5　案例37： 电源差模滤波的设计…………………………………………………… （158）

4.2.6　案例38： 电源共模滤波的设计…………………………………………………… （162）

4.2.7　案例39： 滤波器件是否越多越好………………………………………………… （168）

·Ⅹ·

4.2.8　案例40： 滤波器件布置时应该注意的事件………………………………………… （172）

4.2.9　案例41： 信号上升沿对EMI 的影响……………………………………………… （175）

4.2.10　案例42： 如何解决电源谐波电流超标…………………………………………… （177）

4.2.11　案例43： 接口电路中电阻和TVS 对防护性能的影响……………………………… （179）

4.2.12　案例44： 防浪涌器件能随意并联吗……………………………………………… （186）

4.2.13　案例45： 浪涌保护设计要注意“协调” ………………………………………… （188）

4.2.14　案例46： 防雷电路的设计及其元件的选择应慎重………………………………… （190）

4.2.15　案例47： 防雷器安装很有讲究…………………………………………………… （191）

4.2.16　案例48： 如何选择TVS 管的钳位电芯， 峰值功率………………………………… （193）

4.2.17　案例49： 选择二极管钳位还是选用TVS 保护…………………………………… （196）

4.2.18　案例50： 单向TVS 取得更好的负向防护效果…………………………………… （198）

4.2.19　案例51： 注意气体放电管的弧光电压参数……………………………………… （201）

4.2.20　案例52： 用半导体放电管做保护电路时并联电容对浪涌测试结果的影响………… （207）

4.2.21　案例53： 浪涌保护电路设计的“盲点” 不可忽略………………………………… （210）

4.2.22　案例54： 浪涌保护器件钳位电压不够低怎么办？ ………………………………… （212）

4.2.23　案例55： 如何防止交流电源端口防雷电路产生的起火隐患……………………… （214）

4.2.24　案例56： 铁氧体磁环与EFT/ B 抗扰度…………………………………………… （220）

4.2.25　案例57： 磁珠如何降低开关电源的辐射发射……………………………………… （222）

第5 章　旁路和去耦……………………………………………………………………… （226）

5.1　概论………………………………………………………………………………… （226）

5.1.1　去耦、旁路与储能的概念………………………………………………………… （226）

5.1.2　谐振……………………………………………………………………………… （227）

5.1.3　阻抗……………………………………………………………………………… （230）

5.1.4　去耦和旁路电容的选择…………………………………………………………… （231）

5.1.5　并联电容………………………………………………………………………… （232）

5.2　相关案例…………………………………………………………………………… （233）

5.2.1　案例58： 电容值大小对电源去耦效果的影响……………………………………… （233）

5.2.2　案例59： 芯片电流引脚上磁珠与去耦电容的位置………………………………… （237）

5.2.3　案例60： 静电放电干扰是如何引起的……………………………………………… （241）

5.2.4　案例61： 小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题………………………………… （244）

5.2.5　案例62： 金属外壳产品中空气放电点该如何处理………………………………… （245）

5.2.6　案例63： ESD 与敏感信号的电容旁路…………………………………………… （247）

5.2.7　案例64： 磁珠位置不当引起的浪涌测试问题……………………………………… （249）

5.2.8　案例65： 旁路电容的作用………………………………………………………… （251）

5.2.9　案例66： 光耦两端的数字地与模拟地如何接……………………………………… （253）

5.2.10　案例67： 二极管与储能、电压跌落、中断抗扰度………………………………… （256）

第6 章　PCB 设计与EMC ……………………………………………………………… （262）

6.1　概论………………………………………………………………………………… （262）

6.1.1　PCB 是一个完整产品的缩影……………………………………………………… （262）

6.1.2　PCB 中的环路无处不在………………………………………………………… （262）

·Ⅺ·

6.1.3　PCB 中必须防止串扰的存在……………………………………………………… （263）

6.1.4　PCB 中不但存在大量的天线而且也是驱动源……………………………………… （263）

6.1.5　PCB 中的地平面阻抗与瞬态抗干扰能力有直接影响……………………………… （264）

6.2　相关案例…………………………………………………………………………… （265）

6.2.1　案例68： “静地” 的作用………………………………………………………… （265）

6.2.2　案例69： PCB 布线形成的环路造成ESD 测试时复位……………………………… （270）

6.2.3　案例70： PCB 布线不合理造成网口雷击损坏……………………………………… （274）

6.2.4　案例71： 共模电感两边的“地” 如何处理………………………………………… （275）

6.2.5　案例72： PCB 中铺“地” 和“电源” 要避免耦合………………………………… （278）

6.2.6　案例73： 数/模混合器件数字地与模拟地如何接…………………………………… （283）

6.2.7　案例74： PCB 布线宽度与浪涌测试电流大小的关系……………………………… （286）

6.2.8　案例75： 如何避免晶振的噪声带到电缆口………………………………………… （289）

6.2.9　案例76： 地址线噪声引起的辐射发射…………………………………………… （291）

6.2.10　案例77： 环路引起的干扰……………………………………………………… （294）

6.2.11　案例78： PCB 层间距设置与EMI ………………………………………………… （299）

6.2.12　案例79： 布置在PCB 边缘的敏感线为何容易受ESD 干扰………………………… （303）

6.2.13　案例80： 减小串联在信号线上的电阻可通过测试………………………………… （306）

6.2.14　案例81： 数模混合电路的PCB 设计详细解析案例……………………………… （308）

6.2.15　案例82： 晶振为什么不能放置在PCB 边缘……………………………………… （321）

6.2.16　案例83： 强辐射器中下方为何要布置局部地平面………………………………… （325）

6.2.17　案例84： 接口电路布线与抗ESD 干扰能力……………………………………… （327）

第7 章　器件、软件与频率抖动技术…………………………………………………… （330）

7.1　器件、软件与EMC ……………………………………………………………… （330）

7.2　频率抖动技术与EMC …………………………………………………………… （331）

7.3　相关案例…………………………………………………………………………… （331）

7.3.1　案例85： 器件EMC 特性和软件对系统EMC 性能的影响不可小视………………… （331）

7.3.2　案例86： 软件与ESD 抗扰度……………………………………………………… （333）

7.3.3　案例87： 频率抖动技术带来的传导骚扰问题……………………………………… （334）

7.3.4　案例88： 电压跌落与中断测试引出电路设计与软件问题…………………………… （340）

附录A　EMC 术语………………………………………………………………………… （341）

附录B　民用、工科医、铁路等产品相关标准中的EMC 测试………………………… （343）

附录C　汽车电子、电气零部件的EMC 测试…………………………………………… （359）

附录D　军用标准中的常用EMC 测试…………………………………………………… （377）

附录E　EMC 标准与认证………………………………………………………………… （398）