单板EMI电磁兼容及抗干扰讲座
入门篇
刘明
2008年8月
讲座的内容
1. 综观EMC
2. 器件的选择及电路的设计
3. 印刷电路板LAYOUT技术
PART1：EMI和EMC纵缆
在现代电子设计中，EMI是一个主要问题。为抗干扰，设计者要么除掉干扰源，要么保护受影响的电路，最终的目的都是为了达到电磁兼容的目的。
一个简单的EMI模型包含三个元素：
1. EMI源
2. 耦合路径
3. 感应体
EMI源
包括微处理器、微控制器、静电放电、传播器、瞬态电源器件（如机电继电器）、电源开关、闪电等。
在微控制的系统中，时钟电路是宽带噪声的最大产生者，产生高大300MHz的谐波干扰。
耦合路径
1. 通过导体传导
2. 共有公共阻抗的电路
3. 电磁波辐射
敏感设备
所有电子电路接收电磁干扰传播。
大多数EMI通过传导被接收，有一些通过RF辐射被接收。
在数字电路中，许多临界信号容易收到EMI的干扰，如复位、中断和控制信号。
运放、控制电路、电源调整芯片也容易收到噪音干扰。
EMC花费
最有效的花费是在设计初期就考虑EMC的要求。
PART2：元器件选择和电路设计
元器件的选择和电路的设计是单板EMC性能的主要影响因素。
器件封装
1. 有铅封装：寄生效应明显。1nH/mm，4pf。
2. 无铅和表面贴元器件：寄生效应较小，0.5nH/mm，0.3pf。
3. 器件选择优先顺序：
表面贴元器件-----径向有铅封装元器件-----轴向有铅封装元器件
电阻
金属氧化膜电阻在低频有显著的寄生影响，适用于大功率和高精度的电路中。线绕电阻有很高的敏感度，避免在频率敏感的电路应用。最好在大功率电路中应用。电阻上的高频感应造成阻抗增大。增益调整的电阻尽可能放置在靠近放大电路的地方，以降低单板的感应系数。
晶体管或IC电路的快速通断会引起开关噪声，偏置电阻尽可能靠近有源器件的地方。在RC滤波网络中，必须考虑电阻的感应影响，因为线绕电阻的寄生感应极易引起本地振荡。
电容
电容是解决许多EMC问题的重要器件
铝电解：单位体积电容值高，内部感应系数大。
胆电解：由块电解质构成，比电解电容感应系数小。
陶瓷电容：由多层金属和陶瓷介质组成，在低于1MHz的频率范围内寄生效应明显。电容的等效串联电阻对接近谐振频率的信号有衰减作用，等效串联电阻愈小，EMC 性能愈好。
铝和胆电解陶瓷电容低温漂陶瓷和
云母电容
低频蓄能、滤波
中频去耦、滤波
超高频或微波滤波、谐振
旁路电容
旁路电容的主要作用是对交流旁路，滤除从敏感区域进入的干扰。旁路电容主要担当高频的旁路器件，减少在电源部分的瞬态电路的要求。铝和胆电解是旁路电容的最佳选择，数值取决于PCB上瞬态电流的需要，通常取值在10~470uF。
去耦电容
去耦电容的主要作用是局部稳定有源器件的直流电源，减少通过板子传播的有源器件开关时产生的高频开关噪声，将其去耦到地。
旁路电容和去耦电容应当在电源入口的地方尽力靠近放在一起，来
滤除高频噪声，去耦电容取值大约是旁路电容的1/100到1/1000，去耦电
容尽可能靠近IC，因为导线的电阻会降低去耦效果。
陶瓷电容经常被用作去耦作用，其取值取决于最快信号的上升/下降
沿的时间。电容的等效串联电阻也影响电容的去耦作用，最好选择用等
效串连电阻小于1欧姆的电容。
电容谐振频率
两种类型电容的谐振频率表
电磁兼容技术的发展状况及应用 摘要: 电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的一门技术.电磁兼容设计的目的是解决电 路之间的相互干扰,防止电子设备产生过强的电磁发射,防止电子设备对外界干扰过度敏感.近 年来,电磁兼容设计技术的重要性日益增加。 电磁兼容技术是解决电磁干扰相关问题的一门技术.电磁兼容设计的目的是解决电路之间 的相互干扰,防止电子设备产生过强的电磁发射,防止电子设备对外界干扰过度敏感.近年来,电磁兼容设计技术的重要性日益增加,这有两个方面的原因:第一,电子设备日益复杂,特别是模拟电路和数字电路混合的情况越来越多、电路的工作频率越来越高,这导致了电路之间的干扰更加严重,设计人员如果不了解有关的设计技术,会导致产品开发周期过长,甚至开发失败.第二,为 了保证电子设备稳定可靠的工作,减小电磁污染,越来越多的国家开始强制执行电磁兼容标准, 特别是在美国和欧洲国家,电磁兼容指标已经成为法制性的指标,是电子产品厂商必须通过的指标之一,设计人员如果在设计中不考虑有关的问题,产品最终将不能通过电磁兼容试验,无法走 上市场. 因此近年来,电磁兼容教育也在迅速发展,一方面,各种有关电磁兼容设计的书籍层出不穷,各种电子设计的期刊上也不断刊登有关的文章,另一方面,电磁兼容培训越来越受到欢迎.20世纪90年代末,美国参加电磁兼容培训的费用平均为每人每天330美元,目前,已经达到450美元左右,并且企业如果需要专场培训,往往需要与提供培训的公司提前半年签订合同,由此可以看 到电子设计人员对电磁兼容技术的需求日益增加. 我国电磁兼容技术起步很晚,无论是理论、技术水平,还是配套产品(屏蔽材料、干扰滤波器等)制造,都与发达国家相差甚远.而与此形成强烈反差的是,在我们加入WTO以后,我们面对的是公平的国际竞争,各国之间唯一的贸易壁垒就是技术壁垒.而电磁兼容指标往往又是众多技术壁垒中最难突破的一道.因此,怎样使设计人员在较短的时间内,掌握电磁兼容设计技术,能够充满信心地面对挑战是我们努力实现的目标. 1 什么是电磁兼容标准 为了规范电子产品的电磁兼容性,所有的发达国家和部分发展中国家都制定了电磁兼容标准.电磁兼容标准是使产品在实际电磁环境中能够正常工作的基本要求.之所以称为基本要求, 也就是说,产品即使满足了电磁兼容标准,在实际使用中也可能会发生干扰问题.大部分国家的 标准都是基于国际电工委员会(IEC)所制定的标准. IEC有两个平行的组织负责制定EMC标准,分别是CISPR(国际无线电干扰特别委员会)和TC77(第77技术委员会).CISPR制定的标准编号为:CISPR Pub. XX ,TC77制定的标准编号为IEC XXXXX . 关于CISPR:1934年成立.目前有七个分会:A分会(无线电干扰测量方法与统计方法)、B分会(工、科、医射频设备的无线电干扰)、C分会(电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰)、D分会(机动车和内燃机的无线电干扰)、E分会(无线接收设备干扰特性)、F分会(家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰)、G分会(信息设备的无线电干扰) 关于TC77:1981年成立.目前有3个分会:SC77A(低频现象)、 SC77B(高频现象)、 SC77C(对高空核电磁脉冲的抗扰性). 我国的民用产品电磁兼容标准是基于CISPR和IEC标准,目前已发布57个,编号为GBXXXX - XX,例如GB 9254-98. 欧盟使用的EN标准也是基于CISPR和IEC标准,其对应关系如下: EN55××× = CISPR标准, (例: EN55011 = CISPR Pub.11) EN6×××× = IEC标准, (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11) EN50××× = 自定标准, (例: EN50801) 我国军用产品采用的标准GJB是基于美国军标,例如GJB151A = MIL-STD -461D. 电磁兼容标准分为基础标准、通用标准、产品类标准和专用产品标准. 基础标准:描述了EMC现象、规定了EMC测试方法、设备,定义了等级和性能判据.基础标准不涉及具体产品.
如何提高电子产品的抗干扰能力和电磁兼容性 常规电磁兼容知识及相关电磁兼容测试方案配置: 1.常用电磁兼容测试项目和测试要点 2.电磁兼容测试项目及设备配置 3.传导，辐射，雷击（SURGE），静电（ESD）,群脉冲（EFT）测试 4.ESD测试（静电放电测试） 5.浪涌抗扰度（surge）实验室配置 6.浪涌的抗干扰测试（SURGE） 7.surge浪涌（冲击）抗扰度测试 8.工频磁场抗扰度试验 9.IEC61000-4-4 EFT脉冲群抗扰度试验的新老标准的不同 10.电子产品的雷击浪涌防护标准及测试 11.脉冲群抗扰度试验的重复性和可比性 12.衰减振荡波抗扰度试验 13.电磁兼容抗干扰测试仪器的校准 14.从脉冲群抗扰度试验的标准草案看试验演变情况 15.IEC61000-4-5（GB/T17626.5）浪涌的抗干扰测试（SURGE） 16.GB/T17626.6（IEC61000-4-6）射频场感应的传导骚扰抗扰度 17.电磁兼容测试项目 18.国内外电磁兼容标准概况与测试手段简介 19.电磁兼容测试项目和测试要点（EMC） 20.GB/T17626.2-2006与GB/T17626.2-1998静电放电标准差异分析报告 21.静电放电抗扰度试验GB/T17626.2 22.电压跌落、短时中断和电压渐变的抗干扰度试验 23.工频磁场抗干扰度试验系统 24.雷击浪涌抗干扰度试验系统配置方案 25.电快速瞬变脉冲群的抗干扰度试验系统 26.静电放电抗干扰试验系统 车载电子电磁兼容性内容如下: 1.车辆零组件电磁兼容试验方法介绍 2.汽车电子电磁兼容测试项目 3.汽车电子干扰模拟器/汽车电子电磁兼容测试系统/汽车干扰模拟系统 4.汽车电子的电磁兼容测试项目及测试设备 5.汽车及车载电子设备电磁兼容EMC测试 6.汽车电子电磁兼容测试－企业实验室射频骚扰测试 7.车辆电气设备的瞬变传导骚扰和抗扰度性能测试 8.汽车电子部件EMI抗扰性测试的各种方法及其优缺点 9.汽车高能量抛负载发生器（汽车电子电磁兼容性检测设备） 10.汽车电压跌落模拟发生器（汽车电子电磁兼容性设备） 11.汽车瞬变脉冲干扰模拟器（汽车电子电磁兼容检测设备）
《电磁场与电磁兼容》期末考试A及答案 1 / 8
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3 / 8 北 京 交 通 大 学 考 试 试 题 课程名称：《电磁场与电磁兼容》 2010年－2011年度第二学期 A 卷 （请考生注意：本试卷共有九道大题） 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总分 得 分 阅卷人 一、请写出电磁兼容的三要素（6分） 答：骚扰源、耦合途径、敏感设备 二、可用于近似分析架设在地面上的天线特性的基本原理是什么？该原理的主要 内容以及实质是什么？（6分） 答：镜像原理：架设在理想导电平面上的天线，在任一观测点的场强为直射波与反射波的叠加。可以用一个镜像天线作为反射波的等效源。镜像天线的电流大小与实际天线相等，方向为使反射波与直射波在导电平面上满足边界条件，垂直天线的镜像天线垂直，电流方向与实际天线相同，大小相等，水平天线的镜像天线水平，电流方向与实际天线方向相反，大小相等。 实质：用集中镜像电流代替分布感应场电流。 三、图示滤波器的安装是否正确？如果不正确应如何改进？（8分） 答：不正确。滤波器没有良好接地，通过细线接地，高频效果很差。改进：去掉地 所在学院……………… 班级……………… 姓
线，去掉绝缘层，使滤波器的金属外壳大面积地贴在金属机箱的导电表面上。 四、接地是解决电磁干扰问题的有效措施，但接地不良反而会增加干扰。请问为什 么？可以采用什么措施解决由地环路所引入的干扰？（8分） 答：（1.）地线存在阻抗，若接地不良，可能会引起地线阻抗干扰；地线可能会与设备构成环路，引起地环路干扰；此外多根地线之间或地线与设备之间还可能引起线间耦合干扰。（2）减小地线阻抗，以减小干扰电压；增加环路阻抗，以减小干扰电流，可通过隔离变压器、光电耦合器、共模扼流圈、平衡电路等来实现。 五、供电电源为50Hz、220V的台式计算机，要判定它的电磁兼容性能是否合格， 典型的需要对该计算机进行哪几项电磁兼容性能的测量？在抗扰度测试中，对被测计算机施加的干扰信号分别模拟实际应用中的哪些干扰？（10分） 答：（1）电磁骚扰发射测试和电磁抗扰度测试，其中电磁骚扰发射测试包括传导骚扰测试和辐射骚扰测试；电磁抗扰度测试包括静电抗扰度测试、浪涌抗扰度测试、电快速脉冲群抗扰度测试、射频辐射场抗扰度测试，射频场感应的传导抗扰度测试。（2）浪涌抗扰度测试模拟电源系统开关以及雷击的影响，感应雷 静电抗扰度测试模拟人体静电放电对设备的干扰 电快速脉冲群抗扰度测试模拟感应负载断电产生的干扰噪声 射频辐射场抗扰度测试模拟来自空间的电磁波产生的骚扰 射频场感应的传导抗扰度测试模拟低频电磁波在电缆上感应出共模电压或电流，以传导的方式对敏感设备造成的骚扰。 六、请画出测量空间某一点的电场强度的测量系统框图。已知天线在450MHz时的 天线校正系数是12dB，测量接收机的读数为37dBμV, 电缆损耗为3.2dB，求该测试点的电场强度是多少？（10分） 4 / 8
电磁兼容中差模与共模干扰及抑制技术 于 虹 (国家计算机外设质检中心,杭州310012) 摘 要 本文分析了引起差模和共模干扰现象的原因,提出了测量和确定辐射场源特性的方法,对差模干扰和共模干扰提出了抑制方法。 关键词 电磁兼容 差模干扰 共模干扰 一、引起差模与共模干扰的物理原因 电磁兼容辐射干扰问题主要来自电路中的电流突变产生的磁场变化或电压突变产生的电场变化;当把距辐射源的距离与波长λ作比较作为近场与远场区域的分界点(一般把距离λ的区域定义为近场区域,把距离 λ的区域定义为远场区域),若近场范围以磁场为主时,表明它与差模电流有密切关系,而电场与共模电流有密切关系。 电流的变化会引起电压的变化,反之亦然。但在实际电路中是其中之一占主导地位。辐射源的阻抗决定着近场是以磁场为主还是以电场为主。一般来讲,磁场是由仪器中某一局部回路产生的,这些回路可以分解为不同的模式。 电路中的阻抗概念是正确理解问题的一个重要概念,这里所提及的阻抗是指在特定辐射频率下的总的阻抗,这与通常所理解的阻抗概念有所不同。比如,电路中的连结器常被认为是低阻抗,但在高频条件下由于电路中的感应现象而实际上呈高阻抗。在一个电路中所有导线变为高阻抗的最常见方式就是线路中接地线显著的感应现象,在有些频率下,地线被感应成为高阻抗状态。对于整个线路来讲,地线实际上是以高阻抗状态与线路中其它线相串联起来了。在这种情形下,通过电容耦合形成回流。低阻场或者由电流产生的场,主要是磁场,在近场处以磁场为主。低阻场与低阻源相联系,也就是说与差模干扰有密切关系。 二、确定差模与共模干扰的诊断技术 低源阻抗引起电流变化的场,这决定了在近场区域以磁场为主,反之亦然,这就是确定辐射是否为差模干扰的基础。测量场阻的变化采用近场探头和频谱分析仪联合进行,其仪器配置及测试方法见图1所示。设E∶E场场强; H∶H场场强;P F∶探头性能因子;Z∶场阻抗;则H=Vh+P Fh-52;E=Ve+PFe;Z= 10(e-h)/20;若Z<377Ψ,那么d i/d t是主要的,辐射可能是差模;若Z>377Ψ,d v/d t是主要的,辐射可能是共模的 。 图1 在测量H场时要注意探头的取向,一般沿着源的两个径向测量,每个方向上测量2～6个点,点距为1～4m,在近场处间距要小一点。每个测量点上同时测出H场和E场的数据。 对于得到的实验数据采用两种方式处理均可:①作出H场和E场场强随距离变化的曲线,其中一个比另一个变化快。当H场变化较快时,为低阻抗源问题;当E场变化较快时为高阻抗源问题。②在同一测量点上(近场范围)利用Z=E/H来求出该测量点的场阻,并 25 计量技术 1997.№2
电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。 编辑摘要 目录 ?1定义 ?2内容 ?3电磁兼容设计... ?4电磁干扰源 ?5电磁干扰传播... ?6电磁兼容的主... ?7提高电磁兼容... ?8EMC设计 ?1电源方面 ?2信号线方面 ?3模拟信号方面 ?4数字信号 ?5电路设计方面 ?9干扰类型 ?10.1防治电磁... ?10问题 ?11.1骚扰源 ?11.2耦合途径 ?11.3敏感设备 ?11术语 ?12电磁兼容 ?13技术标准 ?13.1国外标准 ?13.2国内标准 电磁兼容 - 定义 EMC（ElectromagneticCompatibility）
在国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义为：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不会对其他系统和设备造成干扰。 图1 电磁兼容概念图图册 EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部分，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。 电磁兼容（electromagneticcompatibility）各种电气或电子设备在电磁环境复杂的共同空间中，以规定的安全系数满足设计要求的正常工作能力。也称电磁兼容性。它的含义包括：①电子系统或设备之间在电磁环境中的相互兼顾；②电子系统或设备在自然界电磁环境中能按照设计要求正常工作。若再扩展到电磁场对生态环境的影响，则又可把电磁兼容学科内容称作环境电磁学。 电磁兼容的研究是随着电子技术逐步向高频、高速、高精度、高可靠性、高灵敏度、高密度（小型化、大规模集成化），大功率、小信号运用、复杂化等方面的需要而逐步发展的。特别是在人造地球卫星、导弹、计算机、通信设备和潜艇中大量采用现代电子技术后，使电磁兼容问题更加突出。 电磁兼容 - 内容 各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。 20 世纪80年代兴起的电磁兼容EMC学科以研究和解决这一问题为宗旨，主要是研究和解决干扰的产生、传播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术，并在此基础上根据技术经济最合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定，使处于同一电磁环境的设备都是兼容的，同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。 进行电磁兼容（包括电磁干扰和电磁耐受性）的检测与试验的机构有苏州电器科学研究院、航天环境可靠性试验中心、环境可靠性与电磁兼容试验中心等实验室。 内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几种：
如何提升电子产品的抗干扰能力和电磁兼容性 在研制带处理器的电子产品时，如何提升抗干扰能力和电磁兼容性？ 1、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰? (1) 微控制单元时钟频率特别高，总线周期特别快的系统。 (2) 系统含有大功率，大电流驱动电路，如产生火花的继电器，大电流开关等。 (3) 含微弱模拟信号电路以及高精度A/D 变换电路的系统。 2、为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施? (1) 选用频率低的微控制单元? 选用外时钟频率低的微控制单元可以有效降低噪声和提升系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微控制单元产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3 倍。 (2) 减小信号传输中的畸变 微控制单元主要采用高速CMOS 技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA 左右，输入电容10PF 左右，输入阻抗相当高，高速CMOS 电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端透过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。当Tpd〉Tr 时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。 信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3 到1/2 之间。微控制单元构成的系统中常用逻辑电话组件的Tr（标准延迟时间）为3 到18ns 之间。 在印制线路板上，信号透过一个7W 的电阻和一段25cm 长的引线，在线延迟时间大致在4~20ns 之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2 个。 当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td〉Trd 的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。 用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则? 信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。 (3) 减小信号线间的交叉干扰? A 点一个上升时间为Tr 的阶跃信号透过引线A B 传向B 端。信号在AB 在线的延迟时间是Td。在D 点，由于A 点信号的向前传输，到达B 点后的信号反射和AB 线的延迟，Td 时间以后会感应出一个宽度为Tr 的页脉波信号。在 C 点，由于AB 上信号的传输与反射，会感应出一个宽度为信号在AB 在线的延迟时间的两倍，即2Td 的正脉波信号。这就是信号间的交叉干扰。干扰信号的强度与C 点信号的di/at 有关，与线间距离有关。当两信号线不是很长时，AB 上看到的实际是两个脉波的迭加。 CMOS 工艺制造的微控制由输入阻抗高，噪声高，噪声容限也很高，数字电路是迭加100~200mv 噪声并不影响其工作。若图中AB 线是一模拟信号，这种干扰就变为不能容忍。如印刷线路板为四层板，其中有一层是大面积的地，或双面板，信号线的反面是大面积的地时，这种信号间的交叉干扰就会变小。原因是，大面积的地减小了信号线的特性阻抗，信号
电气隔离和电磁兼容--隔离端子抗干扰的基本要求浅析 出产过程监督和控制中要用到多种自动化仪表、面临越来越恶劣的环境，为解决干扰，仪表接进的隔离端子必需达到两个基本要求：第一是解决各种设备、仪表“地”之间的差，即信号参考点的电位差；第二是电磁兼容。 一电气隔离和电磁兼容--隔离端子抗干扰的基本要求 1. 电气隔离的两个原则 不同设备仪表的、带有不同共模的信号输进到DCS、PLC等控制系统，如果不加处理而直接联进，可能泛起因信号具有“共模不同”的干扰。所谓“共模不同”主要指信号间的参考点电位差。隔离端子的输进/输出电气隔离特性使它按捺共模信号的能力很强，它可将带有共模的信号经由隔离输出成为不含共模的信号。所以只要在每路外部信号和控制系统的采集板之间插进隔离端子就能解决这个标题题目。 还有一种情况，要求一个信号既能向显示仪表输送信号，又能传送给变频器之类的设备。这时除了输进和输出隔离之外，要求2个输出之间相互隔离以消除设备互扰。此时可使用隔离式信号分配器，如图1的WS15242。 综上所述，解决参考点电位差类型的干扰要遵循两个原则。第一：外部设备信号与中央处理系统（例如PLC、DCS）之间要进行电气隔离。 第二：外部信号（对系统的接口而言，不管是接收来的信号仍是向外发出的信号）之间要相互电气隔离。系统安装遵循了这两个原则，就能完全克服因为参考点电位差引进的干扰。大多数隔离端子都要外加工作电源，一般为DC 24V或AC 220V。这个电源在为输进、输出部门供电时必需确保在电气上与输进/输出两个部门隔离。这种输进/输出/外加工作电源之间相互隔离的产品称为全隔离端子。从理论上讲，这种供电方式无论隔离端子数量多少，均可用一台电源供电。这样的连接符合上述两个原则。 2. 电磁兼容
电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）的浅谈及改善策略 摘要：本文介绍了电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI）的概念及其对电子器件的工作、人体健康以及工业生产的影响，并简要说明了EMI的产生原理及其理论上的改善方法，最后，举出了几种工业生产上改善电磁兼容性的实例。 Abstract：This article describes the electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference (EMI) The concept and its impact on the work of electronic devices, human health and the impact of industrial production, and a brief description of the EMI generation principle and theoretical ways of improvement, finally, cited a number of industrial production to improve the electromagnetic compatibility instance. 关键词：电磁兼容（EMC）；电磁干扰（EMI）；改善策略 目录： 一、前言 (1) 二、电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI） (1) （一）电磁兼容（electromagnetic compatibility；EMC）的定义 (1) （二）电磁兼容（EMC）的设计目的 (2) （三）近年来电磁兼容（EMC）领域的发展概况 (2) 三、电磁干扰（EMI）的原理及改善电磁兼容性的措施 (2) （一）EMI的产生原因 (2) （二）电磁干扰的传播途径 (2) （三）改善电磁兼容性的措施 (3) 四、工程上一些改善电磁兼容（EMC）的设计思路 (3) 五、展望 (4) 参考文献： (4) 一、前言 电子技术的飞速发展给人们的生活和工作带来了巨大的帮助。与此同时，电子设备在各种场合的广泛应用，尤其是多种设备的相互配合使用，使电子设备不可避免地处在电磁环境之中，导致了电子设备之间的电磁干扰( EM I) 。因此，电子设备在电磁环境中的适应能力和电子设备的电磁兼容( EMC)问题是我们在进行电子设备的设计和使用时必须考虑的问题。 二、电磁兼容（EMC）和电磁干扰（EMI） （一）电磁兼容（electromagnetic compatibility；EMC）的定义 国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。 电磁兼容性包括两方面：电磁干扰（electromagnetic interference ;EMI）、电磁耐受（electromagnetic susceptibility; EMI）。EMI指的是电气产品本身通电后，因电磁感应效应所产生的电磁波对周围电子设备所造成的干扰影响；EMS则是指电气产品本身对外来电磁波的干扰防御能力。
实验名称：2.4GHz无线局域网信号场强测试 一、实验时间：4月26日21:00-22:00 二、实验设备名称：HTC EVO 3D（g17）Android 4.2.2 三、实验步骤： 1．下载并在手机上安装软件。 2. 找到名称为Dlink 的路由器（MAC 地址是： C0:A0:BB:28:81:88 ），指针的形式单独显示其信号的强度。 3. 在九教南侧马路中间（作为参考点），手机距离地面高度1.5米，正对东侧第2个窗户处（三层安装路由器）记录手机接收到的最大信号强度（接收机的输入端口功率dBm）。 4. 记录地图中红色路线路上不同位置处的信号强度，要求最小到-90 dBm。同时记录离参考点距离。 5．已知参考点的信号场强是62dBμν/m. 路由器的辐射功率是100mW，路由器的天线增益是2dBi。路由器天线离地面高度是9.6m。 四、实验数据记录：
手机测得参考点处信号强度-60dBm。 以参考点为原点，马路西侧为负半轴，东侧为正半轴，手机接收 的信号强度随距离的关系。（步长75cm）
五、 实验数据分析： a) 根据在参考点的测试数据，计算出你所用手机WLAN 天线的 增益和天线系数的近似值。 已知参考点处的场强为62dB μν/m ，应为有效值， 20lg （E ）=62dB μν/m ，则E=103.1=1258.9μν/m, 从而参考点处平均功率密度η2 E S ==26mW/m 102.4-? 根据手机测得参考点处接收到的功率10lg （P ）=-60dBm 换算成P=10-6 mW ，根据有效面积的定义有S ?A=P ，A=G 42 ?πλ 得G=2S P 4λπ，λ=，m 125.010 4.2103f c 98 =??=解得G=191，或G dBi =22.8dB 手机天线两端电压V=PR =224μV ，R=50Ω，天线的系数为 AF=62dB μν/m-20lg （224）=15.0dB b) 作出手机测得的功率随手机与路由器天线距离的关系曲线（衰减规律）
电磁场与电磁兼容习题答案与详解 第二章 麦克斯韦方程组： ．在均匀的非导电媒质（0=σ，1=r μ）中，已知时变电磁场为 ()V /m 3 4cos 300? ?? ??-=y t z ωπa E ，() A/m 34cos 10??? ? ? -=y t x ωa H ，利用麦克斯韦方程 组求出ω和r ε。 解：将E 和H 用复数表示： 由复数形式的麦克斯韦方程，有： 比较（1）与（3），（2）与（4），得 ： … 由此得： 16 /108==r s rad ε? ．已知无源空间中的电场为()() ()V/m 106cos 100.1sin 9 z t x y βππ-?=a E , 利用麦克斯韦 方程求H 及常数β。 解：E 复数形式： 由复数形式麦克斯韦方程
& 将上式与题给的电场E 相比较，即可得： 而磁场的瞬时表达式为： 高斯定理： ．两个相同的均匀线电荷沿x 轴和y 轴放置，电荷密度μc/m l 20=ρ，求点（3，3，3）处的电位移矢量D 。 【 解：设x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 1，x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 2。 D 122y z + D 222 x z 因为以x 轴为轴心，32l ds D ρ= ?? 1 l D ρπ=??2321 即π μπμ23102 32201= ?= D
同理π μ23102= D z y x z y x a a a a a a D D D π μπμπμπ μ3103535)22 12 1( 231021++= ++ = += ．μc/m l 30=ρ的均匀线电荷沿z 轴放置，以z 轴为轴心另有一半径为2m 的无限长圆柱面，其上分布有密度为2μc/m 41.5 π ρ-=s 的电荷，利用高斯定理求各区域内的电位移矢量D 。 解：建立圆柱坐标系，以z 轴为轴心，设一单位长度的圆柱面 （1） 》 （2） 当r<2m 时 因为? =?l ds D ρ，所以l r D ρπ=?2 故r D l πρ2= ，D =l l l a r u a r ππρ152= （2）当r>2m 时1221???+?= ?? πρρs l ds D 故c u c u c u r D ??=??-??=?5.285.1302π 所以l a r c u D π25.28??= 安培定律： ．半径为a 的实心圆柱导体，电流I 在其截面上均匀分布，求磁场强度H 。 解：根据? =?I u dl B 0可知 当a ≤ρ时，I a I a I 22 2 2ρππρ==' ] I a u B dl B 22 02ρπρ?=?=?? 所以202a I u B πρ ?= 当a >ρ时，πρ ?20I u B = |
電磁干扰與電磁兼容技術 第一章電磁干擾的基本理論 隨著電子技術的高速發展,世界進入了信息時代。電子、電氣設備或系統獲得了越來越廣泛的應用。大功率的發射機對不希望接收其信息的高靈敏度接收機構成了災難性的干擾。在工發達的大城市中的電磁環境越來越惡劣,往往使電子、電氣設備或系統不能正常工作,引起性能降低,甚至受到損壞。 電磁干擾產生於干擾源,它是一种來處外部的、並有損於有用信號的電磁現象。由電磁干擾源發出的電磁能,經某种傳播途徑傳輸至敏感設備,敏感設備又對此表現出某種形式的“響應”,並產生干擾的“效果”,這個作用過程及其結果,稱為電磁干擾效應。在人們的生活中,電磁干擾效應普遍存在,形式各異。如果干擾效應十分嚴重,設備或系統失靈,導致嚴重故障或事故,這被稱為電磁兼容性故障。顯而易見,電磁干擾已是現代電子技術發展道路上必須逾越的巨大障礙。為了保障電子系統或設備的正常工作,必須研究電磁干擾,分析預測干擾,限制人為干擾強度,研究抑制干擾的有效技術手段,提高抗干擾能力,並對電磁環境進行合理化設計。 1.1電磁干擾和電磁兼容術語 1.干擾源(interference source) 任何產生電磁干擾的元件、器件、設備、分系統或處然現象。 2. 工業干擾 (industrial interference) 由輸電線、電网以及各种電氣和電子設備工作時引起的電磁干擾。 3.孙宙干擾 (cosmic interference) 由銀河系(包括太陽)的電磁輻射引起的電磁干擾。 4.天電干擾 (atmospheric interference) 由大氣中發生的各种自然現象所產生的無線電噪聲引起的電磁干擾。 5.雷電沖擊 (lightning surge) 由雷電在電氣或電路中引起的瞬態的電擾動。 6.輻射干擾 (radiated interference) 由任何部件、天線、電纜或連接線輻射的電磁干擾。 7.傳導干擾 (conducted interference) 沿著異傳輸的干擾。 8.電磁騷擾 (electromagnetic disturbance) 任何可能引起裝置、設備或系統性能降低或者對有生命或無生命物質產生損害作用的電磁干擾。 9.電磁干擾 (electromagnetic interference)(EMI) 電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降。 10.系統間干擾 (inter-system interference) 由其它系統產生的電磁騷擾對一個系統造成的電磁干擾。 11. 系統內干擾 (intra-system interference) 系統中出現的由本系統內部電磁騷擾引起的眲磁干擾。 12.干擾信號 (interfering signal) 損害有用信號接收的信號。 13.人為噪聲(man-made noise) 來源於人工裝置的電磁噪聲。
电磁干扰来源和抗干扰设计 随着工业设备自动化控制技术的发展，可编程控制器(PLC)在工业设备控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。本文详细介绍了影响PLC运行的干扰类型及来源，并提出抗干扰设计的实施策略。 自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PL C控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。 电磁干扰类型及其影响 影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质来划分。按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，可分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。 共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电时，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，影响测控信号，造成元器件损坏(这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因)，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 电磁干扰的主要来源 1．来自空间的辐射干扰。空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护 2．来自系统外引线的干扰。主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有下面三类： 第一类是来自电源的干扰。实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源问题才得到解决。
电磁场与电磁兼容习题答案与详解 第二章 麦克斯韦方程组： ．在均匀的非导电媒质（0=σ，1=r μ）中，已知时变电磁场为 ()V /m 3 4cos 300? ?? ??-=y t z ωπa E ，() A/m 34cos 10??? ? ? -=y t x ωa H ，利用麦克斯韦方程 组求出ω和r ε。 解：将E 和H 用复数表示： 由复数形式的麦克斯韦方程，有： 比较（1）与（3），（2）与（4），得 ： 由此得： 16 /108==r s rad ε? ．已知无源空间中的电场为()() ()V/m 106cos 100.1sin 9 z t x y βππ-?=a E , 利用麦克斯韦 方程求H 及常数β。 解：E 复数形式： 由复数形式麦克斯韦方程
将上式与题给的电场E 相比较，即可得： 而磁场的瞬时表达式为： 高斯定理： ．两个相同的均匀线电荷沿x 轴和y 轴放置，电荷密度μc/m l 20=ρ，求点（3，3，3）处的电位移矢量D 。 解：设x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 1，x 轴上线电荷在P （3，3，3）点上产生的电位移矢量为D 2。 D 122y z + D 222 x z 因为以x 轴为轴心，32l ds D ρ= ?? 1 l D ρπ=??2321 即π μπμ23102 32201= ?= D
同理π μ23102= D z y x z y x a a a a a a D D D π μπμπμπ μ3103535)22 12 1( 231021++= ++ = += ．μc/m l 30=ρ的均匀线电荷沿z 轴放置，以z 轴为轴心另有一半径为2m 的无限长圆柱面，其上分布有密度为2μc/m 41.5 π ρ-=s 的电荷，利用高斯定理求各区域内的电位移矢量D 。 解：建立圆柱坐标系，以z 轴为轴心，设一单位长度的圆柱面 （1） 当r<2m 时 因为? =?l ds D ρ，所以l r D ρπ=?2 故r D l πρ2= ，D =l l l a r u a r ππρ152= （2）当r>2m 时1221???+?= ?? πρρs l ds D 故c u c u c u r D ??=??-??=?5.285.1302π 所以l a r c u D π25.28??= 安培定律： ．半径为a 的实心圆柱导体，电流I 在其截面上均匀分布，求磁场强度H 。 解：根据? =?I u dl B 0可知 当a ≤ρ时，I a I a I 22 22ρππρ==' I a u B dl B 22 02ρπρ?=?=?? 所以2 02a I u B πρ ?= 当a >ρ时，πρ ?20I u B = ．求半径为a 的圆形电流回路中心轴上的磁场H ，并给出回路中心的磁场。
考试试题 课程名称：电磁兼容与信号抗干扰技术 2011学年出题教师：杨世武 （请注意：本试卷共有二道大题，均答在答题纸上，试卷交回）（开卷，120分钟）题号一二总分 得分 阅卷人 姓名学号 一、选择题（40分：每题2分） 1. 电源EMI滤波器中的差模电容值为200nF，则5MHz时的阻抗约为（）Ω。 A.0.079 B. 0.159 C.0.318 D.以上均不对 2. 我国实施的强制性产品认证的名称缩写是（A）。 A. CCC B. CE C. FCC D. VDE 3. 120dBμV/m可换算为（C）。 A. 120μV/m B. 100μV/m C. 1V/m D. 1mV/m 4. 变压器一般用来抑制（）。 A.共模干扰 B.差模干扰 C.雷电干扰 D.以上均错误 5. 根据单点辐射场强的公式 30P E r ，根据其衰减特性,可推断此条件下场的性质为 （）。 A.与距离无关 B.近场 C.应根据功率确定 D.远场 6. 电感式滤波器在电路中用作低通滤波器时，正确的说法是（）。 A. 高频干扰主要分配在电感 B. 高频电压主要分配在负载 C. 电感越大，阻抗越小 D. 为电路提供一个串联低阻抗
7. 电磁场的屏蔽效能包括（）。 A.反射衰减 B.多重反射衰减 C.吸收衰减 D.以上均正确 8. 射频辐射电磁场抗扰度试验频段为（）。 A. DC~150kHz B. 150kHz～80MHz C. 80～1000MHz D. 1000~4000MHz 9. TB/T 3073中安全设备抗扰度试验的性能判据为（）。 A.A B.B C.C D.D 10.从对通信信号的电磁干扰角度看，（）供电方式影响最大。 A.直接供电 B.直供加回流 C.BT D.AT 11. 根据稳态牵引电流的时域波形，其频谱特点是（）。 A.直流成分较大 B.以偶次谐波成分为主 C.以奇次谐波成分为主 D.奇次偶次成分基本平衡 12. 无绝缘轨道电路空心电感线圈SV A的电感值为33μH，忽略其电阻部分，其50Hz 阻抗约为（）Ω。 A. 1 B. 0.1 C. 0.01 D. 0.001 13. 移频波频谱中载频相对幅度与调频系数m的变化趋势是（）。 A.无直接关系 B.随m增大而减小 C.随m增大而增大 D.以上均错误 14. 国内移频的载频选择550Hz等的原因是（）。 A. 由于550Hz为偶次谐波，干扰小 B. 由于550Hz为奇次谐波，干扰大 C. 由于550Hz频率低，干扰小 D. 有用边频能量可落在干扰较小的频带 15. UM71轨道电路的调制系数最大约为（）。 A. 0.3
电路的抗干扰技术与PCB设计 （2） 5、解决干扰的基本思路 该三要素本身形成了一个干扰系统，切断系统中任何一个环节都可以切断干扰。 6、电磁干扰的定义、分类 任7可可能引起装貳设备或系统性能降低的电磁现象。国标GB/T4365-1995） 场的干扰：电场的干扰，磁场的干扰，电磁辐射的干扰。 传导干扰：公共阻抗干扰（电阻、电容、电感），地干扰，漏电干扰7、电磁干扰的解决方法 空间分离：地点位置控制，自然地形隔离，方位角控制，电场矢量方向控制。 频率管理：频率管制，滤波，频率变换。 地线隔离：变压器隔离，光电隔离，继电器隔离，DC/DC变换传输通
道抑制：滤波，屏蔽。 时间分割：时间分隔，同步。
电磁十扰测暈传导干扰测量辐射干就测:量 电磁敏感度测量传导?0「三测量 电路的抗干扰技术与PCB设计（3） &什么叫EMC认证 产品的EMC认证是依据产品的电磁兼容标准和相应的技术要求，经过认证机构测试确认，并通过颁发认证证书和认证标志来证明某一产品符合相应标准和相应技术的要求。 在我国EMC认证已纳入3C认证范围（中国强制认证，英文名称为“China Compulsory Certification,,,英文缩写为"CCC” ,也可简称为"3C认证”），国家对有强制性电磁兼容国家标准或强制性电磁兼容行业标准以及标准中有电磁兼容强制条款的产品实行安全认证制度，对这些实施电磁兼容安全认证的产品在进入流通领域实施强制性监督管理（没有进行电磁兼容安全认证就不能进入流通领域）o 9、电磁兼容性的测量
二、常用的抗干扰技术 1、接地技术 (1)地的分类：信号地，电源地，大地(安全地、机壳地、屏蔽地、防雷接地) 等。 (2)安全地：防止发生人身伤害事故而将机壳接大地 (S机壳有保护接地、短路接地, (小机壳不接地，短路电流流经人体后入地短路电流不经人体入地
汽车电器的电磁兼容和抗干扰设计 汽车上的干扰源 汽车电系上的负载多种多样，既有小阻抗、大电流的阻性感性负载，也有小电流、高电压的脉冲发生装置，还有高频振荡信号源，它们不仅对外是潜在的干扰发射源，也是对车载电子产品的干扰源。另外，由于高机动性，汽车也可能会处于各种可以想像得到的从低频到高频的复杂电磁场中，由此产生的电磁干扰耦合也会影响汽车电子电气系统的正常运行。汽车电系内的电压可以归纳为以下几类：正常工作电压、异常稳态电压、无线电干扰电压、瞬变过电压和静电放电。 汽车电器的电磁兼容设计 汽车电器的电磁兼容环境应是一个设备共存、互不干扰的环境，这就要求系统具备良好的EMI和EMS特性。造成电器功能降级或失效的电磁干扰的发生必须同时具备3个要素：干扰源、干扰耦合通路以及敏感设备。抑制干扰源、阻断耦合以及提高敏感设备的抗扰阈值是解决电磁兼容问题的根本措施。 1电磁干扰的传输和传输途径 电磁干扰的发生必然存在干扰能量的传播和传播通道。干扰的传输有两种基本方式：传导和辐射。辐射耦合细分为：天线对天线耦合、场对线耦合和线对线耦合。针对干扰的传播和耦合途径，在汽车电器工程实践中要采取如下的系统方法来改善EMC特性：滤波、屏蔽、搭铁和布线。 2干扰源和敏感设备的电磁兼容设计 在方案已定的功能电路中，检验电磁兼容指标是否满足要求；此时如不满足要求，则可通过参数修改来达到指标，如调整数字化控制器的工作频率、圆整脉冲的上升率或重新选择元件等。其次进行防护设计，包括滤波、屏蔽、搭铁与搭接设计，甚至采用时空隔离和频率回避等改进措施。最后是做布局调整性设计，包括对总体布局的检验、屏蔽体缝隙的检验、组件和印制板布局检验等。电路和分系统的电磁兼容设计包括如下的步骤：元件选择、电路选择、滤波技术应用、搭铁设计、屏蔽设计、电路布局和系统布局规划。