电磁兼容复习

IEC（国际电工技术委员会）：设备或系统在其电磁环境中能正常工作而又不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备可以共存而不致引起降级的一门科学。三个基本要素：时间、空间、频谱（0～400GHz）。

2、名词术语：

电磁环境：存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

电磁发射：从源到外发出电磁能的现象（包含传导发射、辐射发射，是无意的）。

噪声：影响信号并能够使信号携带的信息产生畸变的一种干扰。电路中除有用信号外的电信号均为噪声。

干扰：由于一种或多种发射、辐射、感应或其组合所产生的无用能量对电子设备的接受产生的影响，如不存在这种无用能量则后果可以避免。噪声导致的不希望的结果称为干扰。 无用信号：可能损害有用信号接收的信号。 干扰信号：损害有用信号接收的信号。

电磁骚扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象，可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。产生的根本原因是网络参数的突变。

电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。 抗扰度（民用）：装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。敏感性（军用）高，抗扰度低。

抗扰度电平、抗扰度限值、兼容性电平、发射限值、发射电平、设计裕度、抗扰度裕度、发射裕度、兼容性裕度。

分贝的概念：功率、电压等，用较小的坐标表示较大范围的变量。 电尺寸：物理尺寸与骚扰源波长的相对值。 电小尺寸：电尺寸小于十分之一。（物理尺寸远小于波长称为电小） 电压损坏阈值（绝缘破坏），能量损坏阈值（发热），电场、磁场损坏阈值。

4、电磁兼容组成三要素：骚扰源、耦合途径、敏感设备。（电磁兼容基本要素：时间空间频谱）

5、电磁兼容的三方面含义：电磁环境是给定的或可预期的，设备电磁骚扰发射符合标准要求，满足电磁敏感性或者抗扰度要求。

6、电磁骚扰源分为自然和人为两类，电磁骚扰产生的根本原因是网络参数的突变，即导体中有电压或电流的变化。电磁骚扰的主要传播途径有：传导耦合、电容耦合、电感耦合和辐射耦合。改善敏感设备的抗干扰性能是一项系统工程，不能片面强调某种措施的抗干扰性。

7、电磁兼容测试分类：传导发射测试（CE）、传导抗扰度测试（CS）、辐射发射测试（RE）、辐射抗扰度测试（RS）。

8、电磁兼容标准分类：基础标准，通用标准，产品标准，专用产品标准。

9、系统内和系统间的电磁兼容性：特点：骚扰源同时也是敏感设备，传播往往是多通道的，骚扰源与敏感设备不止一个。在分析骚扰的迭加和出现概率时，考虑最不利原则。

3、电磁兼容设计的目的：对电子设备承受干扰影响的分析，评估和提高其抗干扰能力。

10、电磁兼容设计的目的：电子设备达到预期功能，系统内各设备之间相互不干扰，对外界电磁环境不构成污染，满足电磁兼容标准的要求。EMC设计与功能设计同样重要。

11、在概念－设计－测试－生产各阶段考虑电磁兼容，费用越来越高，而费效比与可用措施越来越少。

12、EMC组织

IEC：国际电工技术委员会

CISPR：国际无线电干扰特别委员会 ITU：国际电信联盟

CCIR：国际无线电咨询委员会 URSI：国际无线电科盟

IEEE EMC-S：美国电气及电子工程师学会电磁兼容专业学会

13、电磁交互作用 电磁耦合

第二章 电磁骚扰源及特性 1、骚扰源分类；

传播形式：传导骚扰和辐射骚扰；

频谱分类：工频、甚低频（30kHz以下）、载频（10k~300kHz）、射频和视频（300k~300M）、微波（300M~300G）、雷电及核磁脉冲；

源的性质：自然骚扰源，人为骚扰源（功能性发射和非功能性发射）； 波形：连续波（频域模型），暂态波（时域模型）。

2、宽带测量时使用参考带宽1MHz（有时用1KHz），接收机带宽上有很多谱线，单位dBuV/m/MHz；窄带单位dBuv/m，测量时小于1MHz，接收机的带宽上只有一条谱线。宽带测量的幅值要比窄带的高。比较窄带和宽带的幅值是不对的。EMC测量时一定要标明对应的测试方法。

3、瞬态骚扰：时间很短、幅度较大的电磁骚扰：电快速脉冲，电涌Surge，静电放电ESD；

4、雷电及其二次效应：

一是雷电直接击在建筑物、线路或其他物体，以及大地上产生的一次效应作用；二是先导发展过程和雷电过程中对空间的辐射作用，通过电磁耦合产生感应电压或感应电流。

5、雷电电磁环境区域划分：不同部位的危害程度不一，将需保护空间划分为不同的防雷区：界定具有不同的雷电电磁脉冲严酷程度的各区域，其边界处电磁条件应有明显变化。

6、输电线路产生的电磁骚扰分为有源（无线电噪声）和无源（杆塔等的反射折射）骚扰。 有源骚扰：（1）纵向传播：无线电噪声沿线路传播（2）横向传播：以电磁波形式向线路周围传播。

7、变电站的电磁骚扰：正常运行时的空间电磁场，开关操作时的暂态干扰，系统故障或雷击时产生的干扰。

8、电气设备产生的电磁骚扰：

元器件固有热噪声：电子热骚动，白噪声 散粒噪声：电流流过势垒而产生的噪声 接触噪声：接触不良引起的电导率波动

爆米花噪声：半导体二极管和IC中，在热噪声背景上迭加的不规则的脉冲噪声

9、电力电子器件及设备的电磁干扰：k~MHz，开关过程和变流电路，重要骚扰源。

10、印制电路板的辐射骚扰：PCB上电路中流动的电流，连接电缆上的共模电流。最坏情况：将辐射场强增加一倍来考虑地面反射。共模电流的返回通路常常是经杂散电容至其它邻近物体，比差模电流难预测。

11、电缆辐射：主要由共模电流产生。谐振频率数量级10M。

12、传输线上的振铃：传输线阻抗与端接阻抗不匹配形成折反射，幅度决定于阻抗失配程度，频率决定于传输线长度。措施：增加阻抗匹配端接器件。

13、静电放电波形：上升时间0.7~1ns。

14、骚扰源特性分析：统计电磁学。频谱分析：综合电磁环境骚扰场强值的确定。

15、雷电流波形：我国电力2.6/50us，国外1/50us，建筑：首次雷击10/350us，后续雷击0.25/100us。

16、数字电路更容易产生电磁骚扰发射。电子设备既是敏感设备又是骚扰源。

17、研究骚扰源的步骤：了解外部特性，确定主要研究对象，分析骚扰产生机理，建立模型（统计建模、端口特性建模、等值电路）： （1）已知波形或频谱；（2）外特性建模：统计分析，端口特性分析；（3）等值电路：器件级、设备级、系统级。

第三章 电磁骚扰传播机理

1、电磁骚扰传播：电磁装置或系统与其它或远方系统间无意的相互作用。 一个系统对另一个系统的耦合，实际上是能量从骚扰源传递到敏感设备。 2、电磁骚扰耦合途径：传导耦合和辐射耦合，多种同时起作用。 电导性耦合（直接接触）

容性耦合（电），感性耦合（磁）：都是近场耦合 辐射耦合（电磁）：电子设备中包含具有天线能力的部件

3、天线理论或者散射理论解决电磁辐射问题：散理论射的基本原则是对于发射问题每个电流都是场之源，对于接收问题，每个场都是电流之源。

分析传导耦合最常用的就是传输线理论和电路理论（电小尺寸，集总参数）。

传输线理论假定带电体横截面的尺寸小于波长，沿线流动电流的不同部分之间无相互影响。 4、所有耦合模型均可赋予某种形式的传递函数，为降低发、受端电磁耦合有两种思路：“短路”和“开路”。

5、骚扰源对敏感设备的干扰形式 ：共模干扰和差模干扰。 交互干扰：当在多导线对电缆的一对传送交流或者脉动直流信号时，由于容性或者感性耦合，导线之间信号相互叠加，交互干扰与信号的频率成正比。 共模干扰：出现在每个信号线的对地的干扰信号相等。

差模干扰：干扰电压与所加信号以相同的方式存在于信号灵敏电路中。 共模干扰通过转化为差模干扰引起信号误差：非平衡电路。 区分电缆共模电流与差模电流：

差模电流通常等于信号电流或电源电流，不出现在屏蔽层，只要两根导线形成的环路面积很小，差模电流产生的辐射很小；

共模电流在电缆的所有导体上流动，方向相同，也可能包含屏蔽层，与信号电流无关，经接地网络返回，辐射环路很大，且不受控，很小的共模电流也可以产生很大的辐射。 6、传输线的广义性：单导体传输线、多导体传输线、同轴电缆、微带传输线、波导管、光纤等。

7、波过程的物理概念：电源向电容充电，在导线周围建立起电场，靠近电源的电容立即充电，并向相邻的电容放电；由于电感作用，较远处电容要间隔一段时间才能充上一定的电荷，电压波以某速度沿线路传播；随着线路电容的充放电，将有电流流过导线的电感，在导线周围建立起磁场。电流波以同样速度流动。电压波和电流波沿线路的流动，实际上就是电磁波沿线路的传播过程。波阻抗、波速度、波动方程、前行波和反行波。波阻抗表示同一方向传播的电压波与电流波之间的比例。 串音：平行传输线之间的耦合。

8、电导性耦合：共阻抗耦合、不同接地点产生的公共阻抗耦合、PCB上共地回路传导耦合产生的电磁干扰。

9、容性耦合：导体上的交流电压产生电场，这个电场与临近的导体耦合，并在其上感应出电压。对于容性耦合，耦合随导体间的距离增加而减小，高阻抗电路更有益于容性耦合。 局部屏蔽的电缆与裸导体平行时的尾线效应。 10、磁场与电场耦合的等效电路的差异决定了电路负载电阻变化引起的变化是不同的。负载电阻越大，电场耦合越大，磁场耦合越小。磁场耦合对低阻抗电路影响更大。

11、感性耦合：由两电路之间的互感引起，主要由骚扰源的电流决定，低阻抗电路更有益于感性耦合，与回路包含的面积成正比。 12、电磁辐射耦合：偶极子模型。

近场：l，远场：l 22近区场特点：

近场区电场与磁场相差90度 近场区波阻抗为虚数

电偶极子场波阻抗大于磁偶极子场波阻抗

场强r-3，r-2变化

电磁场能量在传播方向上往返振荡

远区场特点：

远场（辐射场）区电场与磁场相位相同 远场区波阻抗为377Ω

只是与传播方向垂直，没有传播方向的电磁波（横电磁波）；电磁场能量在坡印亭矢量方向传播。

场强与离场源的距离成反比。

骚扰源的空间电磁场在传输线上产生分布干扰电压源 13、电磁骚扰传播的最常见途径：传输线和波导管。 14、外界骚扰进入电子设备的途径：

（1）接收天线和具有天线效应的输入输出馈线和设备外壳， （2）由输配电线到电源系统，经传导耦合到敏感设备，

（3）上述馈线、机壳、配电线辐射或本身泄漏电磁波被天线拾取。

电磁辐射耦合通常用传输损耗和衰减因子（相对于自由空间的传输损耗）来描述。 共模电流可以由外部电磁场耦合到由电缆、地参考面和设备与地连接的各种阻抗形成的回路引起。

15、耦合途径六种模型

天线对天线，电磁场对导线的感应，导线对导线的感应，公共阻抗传导，孔缝泄漏、机壳屏蔽效能。

第四章 电磁屏蔽

1、电磁屏蔽（对电磁干扰进行空域控制的方法）目的：（1）控制内部辐射区的电磁场，使其不会越出某一区域；（2）防止外来的辐射进入某一区域。 屏蔽的分类：按性质划分（电场磁场电磁场），结构分类（完整非完整屏蔽体，编织带屏蔽） 屏蔽效果决定因素：材料性能，屏蔽层厚度、干扰频率 2、相关名词：

屏蔽系数：被骚扰的导体或电路在加屏蔽后的感应电压与未加时的感应电压之比，越小越好。

传输系数T：加屏蔽的某一测点场强与未加时的场强之比，越小越好。 屏蔽效能SE：SE＝－20lgT（dB），表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度，越大越好。 3、电场屏蔽：

采用金属屏蔽体进行屏蔽的两个条件：完善的屏蔽和良好的接地。 4、磁场屏蔽：

静磁场、低频交变磁场：采用高磁导材料做屏蔽体。 高频磁场：涡流效应，采用很薄的良导体材料。

屏蔽体接地与否不影响磁屏蔽效果。好的磁屏蔽效果，必须保证磁路畅通，即磁阻小，当屏蔽盒需要开狭缝时，狭缝不能切断磁路，即狭缝只能与磁通的方向一致，而不能与磁通的方向垂直。 5、电磁场屏蔽：

近场条件下，对于高压小电流干扰源，以电场为主，对于低压大电流的干扰源，磁场为主。 高频电磁场屏蔽原理：依据电磁波到达金属屏蔽体时产生的反射及吸收作用。相差越大引起的损耗越大，频率越低，反射越严重，吸收越少。

同一种材料，同一频率，反射损耗近场电场最大，平面波次之，近场磁场最小。 吸收损耗由涡流产生。

6、屏蔽效能：由吸收损耗、反射损耗和多次反射损耗组成。 反射损耗的最大特点是与电磁波的波阻抗有关。反射损耗对于电场将随频率急剧下降，但对于磁场亦随频率增高而增大；吸收损耗随频率增大增大

低频电磁场最难屏蔽，选用高磁导率高电导率的材料进行屏蔽。

对于磁场，SE随频率增高单调增大，对于电场，SE随频率增高，开始时下降(反射项起主要作用，然后回升(吸收项起主要作用) 。 高频时电磁波种类对SE影响很小。 电场屏蔽的材料厚度有机械特性决定 低频磁场的屏蔽、强磁场的屏蔽

7、良好电磁屏蔽的关键因素：屏蔽体导电连续，没有穿过屏蔽体的导体。理想的屏蔽体是没有任何孔洞、缝隙，没有任何导体穿过的完整屏蔽体。

8、当屏蔽体有缝隙时，通常磁场泄漏的影响要比电场泄漏的影响大。 金属（波导）管对于电磁波具有高频容易通过低频衰减较大的特性。 9、屏蔽体的设计原则：

确定电磁环境：电磁场类型、场强、频率以及屏蔽体至源的距离等

确定屏蔽要求，选择适当的材料及厚度（电场屏蔽主要选铜，磁场屏蔽主要选高磁导率材料并可考虑增大厚度）

屏蔽体的结构设计：多层屏蔽；协调屏蔽与其他要求之间的矛盾；检查屏蔽体的谐振。

电场和平面波的反射损耗很大，距离电场源越近，反射损耗越大。磁场波的反射损耗较低，距离磁场源越近，反射损耗越小。

吸收损耗与电磁波的种类无关，与电磁波的频率有关，频率越高，吸收损耗越大。 材料越厚，吸收损耗越大，一个趋肤深度的厚度可以提供9db的吸收损耗。 所有进出屏蔽体的电缆需要屏蔽或过滤。

多层屏蔽：电场和磁场混和的双层屏蔽，一般把Cu材料作为外层屏蔽层，而把Fe为内屏蔽层，各屏蔽层之间不能连接，材料应不同。

对于近场条件，孔缝的泄漏与辐射源离孔洞的距离有关，越近越严重。 缝隙等效宽度不要超过趋肤深度的3 倍，超过则要考虑缝隙的泄漏 电磁密封衬垫是解决缝隙泄漏的有效方法；

若屏蔽板上的孔洞直径小于屏蔽板厚度时，可以看作是波导，其长度即为屏蔽板之厚度 在通风口使用截止波导板（高通滤波），不能穿导体。

面板上的指示灯显示窗操作器件等，可以用隔离舱的方法处理。 在塑料壳体上用导电喷涂的方法屏蔽。

屏蔽效能的单位是dB和NP为单位，1NP=8.686dB. 屏蔽效能指标：民用40dB，军用60dB，EMTPEST设备80dB，屏蔽室或者屏蔽舱100dB，120dB以上的屏蔽体很难造出来。

电场屏蔽的目的：消除或者抑制由电场耦合引起的干扰。条件是：良好的接地和完善的屏蔽。磁场屏蔽的目的：消除或者抑制由磁场电场耦合引起的干扰，屏蔽的效果和屏蔽体是否接地没有什么关系，利用磁力线主要通过低磁阻的通路，将磁力线在高磁导的路径内，低频交变的磁场的屏蔽原理和静磁场的屏蔽原理是一样的。要保证良好的屏蔽效果，必须保证磁路的畅通，因此屏蔽盒的开缝方向只能和磁力线的方向相一致，而不能和

磁通的方向相垂直。高频磁场的屏蔽的理论依据是在金属导体中产生涡流从而抵消原来的磁场。因此要选用良导体材料，而且由于趋肤效应，涡流只在表面产生，因此只要薄薄的屏蔽体就可以达到屏蔽的效果。

反射损耗：不同的媒介分界面发生反射，使得电磁波的能量减弱。产生的原因是波阻抗的不一样，相差越大，损耗越大，在屏蔽体上发生两次反射损耗。

吸收损耗：电磁波在电磁场中传播的时候会产生涡流从而产生热量，使得电磁波发生损耗。频率越大、屏蔽体越厚，涡流吸收损耗越大

SEABR，A为吸收损耗，R为反射损耗、B为多次反射损耗

产生的涡流使得屏蔽体中的能量以f1衰减，其中为趋肤深度。吸收

r为损耗A1314.3tcmfMHZrr，tcm为以cm为单位的厚度，r为相对于铜的磁导率，

相对于铜的电导率。当t/>10时，A可以达到大于80，厚度每增加一个趋附深度，A增

加9dB.

不论是近场还是远场，材料不相同的反射损耗的差别是常数：10lgr rB为负值的时候表示减少屏蔽效能。当屏蔽体的厚度和趋附深度相当的时候，B可以忽略，对高频的时候，当t/很大或者A很大的时候，R可以忽略不计，但是在低频的时候，当t/很小或者A很小的时候，多次反射损害必须计入在内。

TT吸收T反射T多次反射

SE20lg1T吸收20lg1T反射20lg1T多次反射

吸收损耗随着频率的增加而增加，反射损耗对于电场随着频率的增加而减少，对于磁场随着频率的增加而增加。对于磁场，SE随着频率的增加单调增大，对于电场，SE随着频率的增加先下降再回升。

对于电场屏蔽，只要厚度大于30m，在全频率的范围之内的SE大于120dB。但是对于磁场就没有什么作用，就相当于透明的一样，要对50Hz的低频磁场的屏蔽效果达到120dB铜的厚度要达到1cm

低频磁场的屏蔽：主要利用高导磁材料和高导电材料。高导磁材料放在外边使得磁场避开保护的物体，高导电材料用来增加涡流损耗。

屏蔽体上的缝隙窄而深的时候，电磁泄露比较的小，宽而且浅的时候，电磁泄露比较的严重。当相等的时候，衰减量是27dB。缝隙的宽度大于趋附深度的3倍的时候，就要考虑泄露带来的影响。频率很高的电磁波能够通过波导管，频率低的电磁波在通过波导管的时候损耗会很大，工作在截至区的波导管叫做截至波导管。波导管可以看作高通滤波器。当屏蔽板上的空洞的直径小于板子的厚度的时候，就可以看作是波导管。金属网上的小孔在某些条件下可以看作是波导管，因此，频率越低，金属网的屏蔽的效果越好。

注意：长度的概念

厚度小于/4的屏蔽体叫做薄膜屏蔽体，主要依靠的是反射损耗，没有吸收损耗，多次反射造成的损耗不可忽略不计。导电玻璃就是在玻璃上涂上一层金属层当作电磁干扰屏蔽层。厚度为微米级。

第五章 接地与搭接

1.地的定义：（1）导电性土壤，具有等电位且任意点可看作零电位（2）导电体，土壤或钢船的外壳，作为电流返回的通道或零电位参考点（3）电路中相对于地具有零电位的部分（4）电路与地或其他起地作用的导体有意或无意的连接

2.接地的含义：（1）电气设备与大地连接（2）电路及电子设备的信号参考地 接地的目的：安全地（绝缘破坏及短路的保护、静电释放、雷电保护）、信号地（提供零

电位参考点）、屏蔽接地（电磁干扰防护）

3.良好的接地：（1）低公共阻抗（2）“信号地”对“大地”有低的共模电压（3）地线与信

号线构成的回路有较小的面积（3）可以保证人和设备的安全

4.安全接地分为保护接地和防雷接地。 安全接地的目的：（1）确保人身安全（2）防静电（3）检测接地故障（4）防设备漏电（5）

防止设备感应带电造成的电击（6）确保雷击时的安全

5.信号地指信号或功率传输电路的参考电位基准线或基准面。实际上地线上各点电位不同。电磁兼容问题中，信号地定义为：信号回信号源的低阻抗路径。

6.信号地接地方式：

单点接地：低频电路 1MHz以下

串联单点接地：会有公共阻抗干扰的问题，因此要让敏感电路最靠近接地点 并联单点接地：没有共阻抗干扰，但布线繁杂 多点接地：高频电路 10MHz以上；

指设备(或系统)中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上。高频时的趋肤效应：应尽量地线的长度并增加电导。地线表面的电导率地线阻抗随频率增加而上升；且当地线长度与波长可比拟时有可能变成辐射天线，因此高频电路采用多点接地。尽量减小地线长度和表面的电阻。应采用地栅或地平面的结构。

在1MHz到10MHz间，若地线不足波长的1/20可用单点接地，否则用多点接地 混合接地：

低频电路中不易发生互扰的设备放在一组，易相互干扰的设备放在不同组；组内串联单点接地，组间并联单点接地。 高频数字电路多点接地

功率相差很大或电平相差很大的电路不要共用地线

7.信号浮地：（1）电子设备浮地：设备的地线与建筑的接大地系统绝缘；可以防止建筑接地

系统上的电磁干扰（2）电路单元浮地：设备机壳接大地，电路单元的信号地与机壳绝缘；可以防止机箱上的干扰信号直接耦合到电路上

缺点：容易产生静电积累；雷电时会产生很高的感应电压；当电网相线与浮地的机

箱短路时有引起触电的危险

8.单元电路接地：单点接地以防止地环路干扰；

多级电路接地：应将接地点靠近低电平端以减小公共阻抗干扰。

9.地线的干扰：公共阻抗耦合，地环路干扰 地环路干扰的原因：（1）地电位差（2）在较强的电磁场中产生感应电势 解决办法：使用低阻抗导线和电源馈线（使用扁平导体）；阻隔地环路（隔离变压器、光

耦合等） “好地线”：减小地线阻抗，防止公共阻抗上的噪声

当电路两端接地时，会发生地环路干扰，产生的原因是地电位差或外界磁场

10.应当接地的屏蔽：静电屏蔽层，高频电磁场的良导体屏蔽层，低频磁场的磁屏蔽体 11.放大器的单层屏蔽罩接地（接输出端地线）： 双层屏蔽罩：

高增益放大器的屏蔽盒应与放大器的输入公共端连接

12.搭接：指两个金属间实现低阻抗电流通路的过程 目的：（1）建立信号电流均匀稳定的通路（2）保证电源、信号的良好连接回路（3）减小

装置表面的电位差（4）减小装置表面的射频电流（5）建立安全保护、静电放电、雷电保护的良好回路

方法：直接搭接（焊接、压力搭接、导电胶粘接等）间接搭接（螺栓、跨接片、铰链等）

直接搭接的性能优于间接搭接，

要求设备可移动，或能抗机械冲击，应采用间接搭接

良好搭接的一般原则：紧密接触，尽可能同种金属，考虑焊料的影响，搭接面干燥，低阻

抗，不要靠焊料增加机械强度

搭接的有效性：直流情况取决于电阻，高频取决于电阻、搭接电感和搭接面之间的电容 搭接有效度：使用搭接带和不使用搭接带时设备上感应电压之差（dB） 需要注意的两点：保证搭接点的射频阻抗低；搭接点的化学腐蚀问题 课件总结：

按功能分：信号地与安全地；

低频电路单点接地；数字电路和高频电路多点接地； 地线阻抗是造成地线干扰问题的根本原因；

好地线:减小地线阻抗，防止公共阻抗上的噪声干扰； 地环路干扰产生的原因是地电位差和外界磁场；

搭接的两个关键点：搭接点的射频阻抗低，电化学腐蚀问题。 高增益放大器的屏蔽盒应与放大器的输入公共端连接。

第六章 电磁干扰滤波技术

1.滤波器的特性和分类：

传导电磁干扰：滤波（切断干扰沿信号线或电源线传播的路径，与屏蔽共同构成完善的干扰防护）、分流、钳位、隔离

信噪比

滤波器：分离信号，剔除干扰 滤波器的双向性

按对频率的选择性能：低通、高通、带通、带阻 按网络是否含电源：有源和无源

不要用有源滤波器来解决电磁骚扰的问题，因为其本身是骚扰源 按功能：反射、吸收 按应用：信号选择、EMI

插入损耗：IL=20lg(U1/U2);U1为滤波器插入前接收的干扰信号电压，U2为插入后的，高表示对电磁干扰抑制作用强，插入损耗与滤波器自身特性，源阻抗和负载阻抗有关

2. 电源线滤波器：消除传导干扰，辐射干扰发射，保证满足安全方面的需求 信号线滤波器：主要消除辐射干扰，同时消除传导干扰，不能造成信号的失真

3. EMI滤波器与传统滤波器的区别，一个是与滤波器连接的电路的阻抗不定，另一个是干扰滤波器要工作在很宽的频率范围内 与通信及信号处理滤波器的区别

􀂄 滤波器中用的L、C元件，通常需要处理和承受大的无功电流和无功电压，须具有大的无功功率容量

􀂄 信号处理中用的滤波器，通常总是按阻抗完全匹配状态设计的，所以可以保证得到预想的滤波特性

􀂄 在EMC设计中，有时滤波器不得不在失配状态下运行，必须认真考虑它们的失配特性 􀂄 信号滤波器不能对工作信号有严重影响，不能造成信号的失真

􀂄 电源滤波器当负载电流较大时，电路中的电感不能发生饱和(导致滤波器性能下降)

4.滤波器使用不当会带来的问题：新的干扰，工作不稳定，有用信号畸变

5.反射滤波器：低通、高通、带通、带阻滤波器的基本结构 最基本电路：并联电容或串联电感

常用电路：电容并联在信号线与信号地之间滤除差模干扰电流，或信号线与机壳地或大地之间滤除共摸干扰电流。电感串联在要滤波的信号线上。阶次越高，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。 不同结构滤波电路适合于不同的端阻抗。

6.实际电容的特性： 实际电感特性：

尽量使电容的引线缩短，并选用电感较小的电容；

克服电容非理想性的方法：大小电容并联；使用三端电容或穿心电容

克服电感非理想性的方法：（1）尽量单层绕制，并使输入输出端远离；（2）多层绕制时不

要来回绕（3）分段绕制（4）多个电感串联

用穿心电容可以解决宽带滤波的问题；穿心电容接地电感小，输入输出端之间没有电容耦

合

7.铁氧体磁珠在不同频率的滤波机理：

低频：阻抗由电感感抗构成；当电流较大时，磁饱和导致插损降低 高频：阻抗由电阻成分构成；电流对高频特性影响不大

铁氧体磁珠对高阻抗电路无效，对低阻抗电路有效；抑制共模电流，不影响差模电流

8.损耗滤波器：一般作成损耗传输线的形式。优点是体积小，缺点是频率特性不好。

抑制不需要的能量，以涡流的形式转化为热，而不是将能量反射回去。

适用于必须将干扰成分清除，而不仅仅是返回信号源的场合 9.电源EMI滤波器的阻抗失配问题

10.数字EMI滤波器：扼流圈（抑制共模）、磁珠和双孔磁珠；必须工作在阻抗匹配状态； 12.安装电源线滤波器的注意事项：最基本的共模滤波器系在电源线的相线和中线上均串接扼流圈构成，而且分别接电容器至地线。有屏蔽的场合：在屏蔽界面上；无屏蔽的场合滤波器靠近被滤波导线的靠近器件或线路板一端。 滤波器错误的安装与正确的安装

课件总结：

滤波和屏蔽对于一个设备而言相当于自行车的两个轮 子，只有同时存在，才能起作用

􀂄 滤波的作用是分离信号，剔除干扰

􀂄 电源线滤波器: 消除传导干扰，辐射干扰发射 􀂄 信号线滤波器：主要消除辐射干扰，同时消除传导干扰 􀂄 根据所要求的插入损耗和滤波器两端电路的阻抗确定滤 波器的电路结构

􀂄 EMI滤波器与传统滤波器的区别，一是与滤波器连接的 电路的阻抗不定，二是要工作在很宽的频率范围内 􀂄 吸收滤波器和反射滤波器

使用三端电容或穿心电容可以大幅度改进电容高频特性 􀂄 滤波器中使用的电感、电容都不是理想器件，这导致滤 波器的性能与所设计的相差甚远

􀂄 铁氧体磁芯通过高频损耗抑制电磁干扰 􀂄 电源线滤波器的高频特性也是十分重要的 􀂄 电源线滤波器的安装方式对其效果影响很大

电源线滤波器——消除传导、抑制辐射； 信号线滤波器——消除辐射、抑制传导；

根据插入损耗和滤波器两端阻抗确定滤波器结构；

EMI滤波器与传统滤波器区别：工作在很宽的频带内；两端阻抗不确定； 铁氧体磁芯通过高频损耗抑制电磁干扰。

第7章 电磁干扰隔离与控制技术

采用平衡电路（可以将不平衡电路转换为平衡电路）抑制共模干扰对电路的影响。只要信号源和负载符合平衡电路的条件、如用扭绞线实现信号源和负载的连接，就可以实现对EMI信号的抑制。共模抑制比（CMRR）用来表征电路对共模EMI信号的抑制效果，

CMRR20lg(VN)，其中VN为共模信号电压，VM为VN产生的差模信号电压。CMRR的VM值越大越好，但是一般的平衡电路的EMRR的值为60到80dB，要达到这个数值必须对连接电源和负载的电线进行屏蔽。

采用扭绞线结构可以减少感性耦合

电磁干扰的隔离设备：抗干扰变压器、平衡变压器、中和变压器和光电耦合器。

抗干扰变压器：变压器其采用环形磁路和对成绕组、两个绕组的绕向相同、两个同名端相连接，其它的两个同名端作为引出端。这样外界磁场的干扰不出现在引出端。

隔离变压器：变比为1：1的变压器。对于直流信号则完全的屏蔽，高频信号则可以传过、对地线中的低频信号可以起到良好的衰减作用。此种变压器不适合低频电路。

中和变压器：电流的阻抗很低而且不会切断直流信号。但是对信号中的共模干扰信号却有很高的阻抗，主要用于数据线EMI滤波器，又叫磁性滤波器。原理略

光电耦合器：光电传输不受电磁环境的影响而且本身不会产生辐射干扰。由电信号转换位光信号再由光信号转换为电信号。光电传输系统的问题是外界EMF作用时的横向电位差。

瞬时干扰的时间回避防护方法：就是在瞬时干扰出现的时候停止工作，在干扰过后再工作，分为主动的回避方法和被动的回避方法。前者应用于干扰可以预测的场合，后者应用于不可预测的场合。

瞬时干扰防护电路的组成部分是高灵敏度的传感器和高速的电子开关。其中传感器包括传感器和信号甄别器。传感器用于拾取干扰的信号，甄别器用于识别早期的干扰信号，高速开关执行对电路状态的甄别。

电涌保护元件：气体放电管，氧化锌压敏电阻，齐纳TVS二极管，TVS晶闸管。 气体放电管：原理是气体放电

氧化锌压敏电阻是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻

齐纳TVS二极管：专门抑制过电压，有较大面积的PN结，PN结工作在雪崩状态，有较强的吸收脉冲的能力。

各种保护器件的比较： 种类 响应时间 中等 快 通流容量 大 大 小 中等 续流 有 无 无 有 应用范围 电源和通信初级保护，多级保护的第一级 第一二级保护和印刷电路板的有限应用 印刷电路板的广泛应用、静电放电的快速过电压保护、多级保护的最后一级保护 通信线路中的初级、次级保护 气体放电管 慢 氧化锌压敏电阻 齐纳TVS二极管 TVS晶闸管 快 电涌保护的特点：

1：平时对系统的影响小，并联电阻够大，串联电阻小 2：在瞬时变化的时候不至于损坏本身 3：在瞬变之后应该可以恢复。

浪涌保护器的分类：电压开关型：无电涌时候为高阻抗，有电涌时变为地阻抗；限压型和组合型（电压开关型和限压型）

电阻用来减缓波形上升的幅度，TVS二极管用来保护负载，气体放电管用来保护TVS二极管。

三级保护：第一级为气体放电管的保护、第二极为氧化锌压敏电阻的保护、第三级为TVS二极管的保护

交流电源保护电路：

以氧化锌作为核心限压器件，第一级的保护主要是泄流，元件的通流容量要大；第二级的保护主要是限压保护，所选元件的非线性特性要好，残压的水平低。第一、二级之间串入合适的元件实现两级保护的配合。配以电阻和电容电路实现对高频干扰信号的滤波。

要求高的设备可采用多级保护，分开较远距离的保护器之间的配合要考虑连接线的作用

交流电源保护电路

􀂄 电阻和电容构成对高频干扰具有抑制作用的滤波电路 􀂄 能有效地防护差模方式和共模方式的侵入波 􀂄 第一级为泄流电路，所选限压元件通流容量大

􀂄 第二级为限压电路，所选限压元件的非线性特性好，残 压水平低

􀂄 在一、二级间须串入合适的元件实现两级电路的配合

第八章 信号传输回路的电磁干扰控制（掌握较差）

电磁骚扰不论是通过传导耦合还是辐射耦合，最后总是通过信号传输回路耦合至接收器，造成对接收器的干扰

控制电磁干扰的措施：屏蔽和滤波并控制由传导回路引入的干扰。不同的情况下，耦合的影响是不一样的：传输回路的结构（平衡和不平衡）、接地方式（发射端和接收端都悬浮、接地或者一端接地）、耦合方式（共模干扰和差模干扰）

屏蔽电缆的电磁耦合：扩散和穿透。前者是通过电缆的屏蔽层进入电缆内部，后者是通过孔缝等等进入电缆内部造成干扰。

1其中的是趋肤深度

f屏蔽电缆的电磁扩散

其外电场分量的水平分量互相抵消，垂直分量差不多全都截至于电缆的表面电荷，外磁场的分量则在电缆外皮导体中感应出电流，由于趋附效应的影响，电流从外到内逐渐减少，如果电缆的皮比较薄的时候，在靠近电缆的内侧表面有一定的电流密度，这就是外磁场透入电缆内部的扩散过程。

干扰可以通过屏蔽的转移阻抗和转移导纳来表示Zt1dVi1dIi，Yt。Is为屏蔽层中IsdxUsdx的电流、U为电缆皮外部的对地的电压。此公式对转移和编织屏蔽的电缆都适用，但是编

织屏蔽的转移阻抗和转移导纳都得到加强。 辐射共模耦合（CMC）和地回路耦合（GLC） 共模耦合的定义是单位场强所感生的电压

在h和l相同的情况下，ＣＭＣ随着频率的增加而增加，斜率为20dB/10频程，频率为

f=150/l的时候即l=/2的时候，CMC达到最大值。当频率不变的时候，CMC随着回路面

积的增加而增加

平衡线路和非平衡线路抑制共模干扰能力的比较：

1：两端接地，源阻抗和负载阻抗相等的时候，非平衡电路在低频下的GLC是-6dB，平衡电路的GLC均小于此值，两者的GLC在高频下都是单调递减。平衡电路的GLC小于非平衡电路。2：平衡系统抑制共模干扰的能力取决于电路对称性的大小。3：在悬浮的情况下两种电路系统在低频下的GLC要比两端接地的时候小的多。

辐射差模干扰：减少导线之间的距离，也就是减少两导线形成的耦合回路的面积；采用双绞线导线；采用转移阻抗小的电缆。 信号传输空间电磁场防护：采用圆形的电缆槽的防护性能比采用矩形要好。在相同的面积下是两倍。

电缆皮电流在电缆的外层来回振动，高频的衰减的快，低频衰减的慢。振荡的主频率的波长是2倍的电缆的长度。

从电缆皮引入的芯线的干扰是衰减振荡的形式而从电缆端引入的干扰是没有这个特征的。 电缆皮电流的削弱方法：1采用分布接地；2：损耗滤波：在架空的电缆的电流损耗很慢，地面上的衰减比较快，在岩石中的衰减更加快，因此可以在电缆的外层填涂薄胶泥。

信号传输回路干扰的抑制：1采用同轴电缆传输系统，2降低电缆的高度使之靠近地面以减少耦合回路的面积，同时采用多点分布接地，3外面加金属屏蔽套。4为了减少共地阻抗的耦合常常采用平衡传输系统，但是往往存在参数的不一致使得存在差模干扰，抑制差模干扰的方法就是引入 双绞线。

串扰的机理：电缆皮电流的电磁场对邻近的电缆耦合产生感应得皮电流，该皮电流通过转移阻抗在芯线中产生感应电压，在负载中产生干扰电压。

控制串扰的方法：1削弱皮电流2拉开芯线之间的距离3不同类型的电缆要分开。 同轴电缆在低频的时候应该单点接地，在高频的时候才用多点接地，同时才用绞线 同轴电缆和双绞线的负载端接地的时候，屏蔽层和负载端同一点接地；在电源端接地的时候，屏蔽层和电源端同一点接地，在电源端和负载端都接地的时候，屏蔽层两端分别和电源端和负载端接地。

在频率比较高的时候，信号电流沿同轴电缆芯线的外表皮流动，返回电流在同轴电缆屏蔽层的内表面流动。此时外表满采用多点接地，保证外表面的低电位，大约每0.05-0.1波长就接地一次。

第九章：电磁兼容的测试 （1）概要：

欧共体EMC认证方式：

模式A：自我声明，有明确标准；模式A+a：自己准备资料和测试的程序，再由专门的机构测试，无标准可依，自行测试，他人证明；模式B+C：强制认证，由有资格的试验室测试，然后由通告机构出具试验证明

CISPR：国际无线电干扰特别委员会

频谱分析仪的组成：输入衰减器、混频器、中频滤波器、检波器、视频滤波器 骚扰接收机：测量精度为正负2dB，分为数字式和模拟式 接收机和频谱仪的区别：频谱仪的输入端为简单的低通滤波器而接收机为抗干扰能力强的预选器；频谱仪的分辨率带宽是幅频特性的3dB的带宽而后者是6dB，接收机有峰值、准峰值和平均值检波器，而频谱仪没有准峰值检波器，且接收机的精度更高

通用频谱仪+前端预选器、6dB中频滤波器、准峰值检波器、高精度信号处理、点频测试=接收机

天线：一种富有导行波和自由空间波相交换区域的结构，天线将电子转换为携带电磁能量的光子或反之。

人工电源网络：又称线路阻抗稳定网络，能在射频范围内，在受试设备端子与参考地之间，或端子之间提供一段稳定阻抗。

耦合去耦网络(CDN)：由各种电感组成，以便在测量频段内产生高阻抗隔离

电磁兼容测试场地：

开阔场：电子设备辐射干扰的测试均在3m法、10m法和30m法情况下进行，即被测设备和场强测量天线顶端间距离达3m，10m，30m 屏蔽室

半电波暗室： 电波暗室主要由微波屏蔽壳、铁氧体吸波体等组成。主要屏蔽10KHz到18GHz的波段，五面贴吸波材料，模拟直接发射和地面的反射；而微波暗室则是六面贴吸波材料，模拟自由空间转播环境。电波暗室分为3m法、5m法和10m法。3m法测试: 接收天线高度要求在1～4m范围；如采用垂直极化天线，还应在4m上加天线上半部尺寸和天线端与暗室顶部吸波材料尖端间的距离0.25m。3m法测试空间高度约7m 。10m法暗室，测试空间

长度为2R，宽为3R，高度为3R/2+2。

吸波材料：铁氧体吸收30~1000MHz、脚锥形含碳海绵复合吸波材料，将脚锥状吸波材料贴在铁氧体瓷砖上构成复合吸波材料。 TEM室：扩展的50 ohms 传输线 ATEM小室、GTEM室、混响室。 （2）课件总结  产品认证模式  电磁兼容测试设备 天线

天线可被定义为一种富有导行波与自由空间波互相转换区域的结构。天线是电路与空间的界面器件。天线将电子转变为携带电磁能的光子，或者反之。天线都是基于加速或者减速的电荷产生辐射的共同机理。稳态简谐振荡，关注电流；瞬态简谐震荡或者脉冲，关注电荷。 9~150kHz

电磁骚扰主要为磁场分量，可采用带屏蔽的环状天线 150kHz~30MHz

磁场天线：带电屏蔽的环状天线

电场天线：对称或者不对称，鞭状天线 30~300MHz

电场天线：平衡偶极子天线，可采用双锥天线

电场天线：偶极子天线，如对数周期天线，对数螺旋天线，喇叭天线

接收机

频率 9kHz~1GHz，

类型 准峰值，峰值，平均值，均方根值 扫频

接收机组成：传感器、衰减器、校正信号源 振荡器 混频器 中频放大器 检波器

 人工电源网络

人工电源网络，又称线路阻抗稳定网络，能在射频范围内，在受试设备的端子与参考地之间 ，或端子间提供一稳定的阻抗，同时将来自电源的无用信号与测量电路隔离开来，而仅将受试设备的干扰电压耦合到测量接收机输入端。主要分为耦合不对称电压的V型网络以及耦合对称电压的Δ网络。

 电磁兼容测试场地

开阔试验场 椭圆形场地，长轴为焦距的2倍，短轴为焦距的√3 倍 屏蔽室

电波暗室 电波消声室 电波无反射室 电磁屏蔽半波暗室（五面贴吸波材料，模拟开阔试验场） 微波暗室（六面贴吸波材料，模拟自由空间） TEM室

 混响室

混响室是一个电大尺寸的具有最低可用频率的屏蔽腔室，可以用于电磁测量。特点空间场强在时间上统计平均值均匀分布，统计上室内能量密度各处一致，使统计上的各向同性场，统

计上所有方向能量流相同，空间场随机极化。

第10章 电磁兼容测试技术 课件总结：  测试分类： EMI (CE RE)

电磁骚扰测试，主要分为辐射发射测试和电压谐波、电压闪烁干扰等测试。 辐射发射是测量受试设备通过空间传播的骚扰辐射场强。

电压谐波与闪烁指受试设备在纯净电源条件下产生的谐波和引起的电压闪烁对电源的影响 主要包括

（1） 设备在各种电磁干扰环境中传导干扰与辐射干扰发射量的测试 （2） 各种信号传输，干扰传递特性测试 EMS (CS RS) 主要内容包括：

（1） 对电场、磁场的辐射抗扰度测试

（2） 对电源线、控制线、信号线、地线等注入干扰的传导抗扰度测试 （3） 对静电放电和各种暂态电磁波抗扰度测试 EME

传导沿线电磁环境监测 辐射空间电磁环境监测

 测试：标准+方法+场地及仪器  ISM：工业、科学和医疗设备

 信息设备 (ITE)：具有数据和电信通信的接收、储存、输出、修正、传输、处理、变换

和控制等用途，并配有为信息传递正常运行的一个或多个终端的设备。

信息技术设备的电磁骚扰测试通常采用两种测试方法：电源端子的传导测试和辐射发射测试

 静电抗绕度试验存在的问题

相同的设备采用相同的测试标准可能得出不同的测试结果。静电放电属于传导性测试，但静电放电的时候会产生空间场耦合作用在被测试的电子设备上，该场与测试时空间位置布置等相关，造成了静电抗扰度测试的不确定性。静电放电不仅与放电电流有关，还与辐射电磁场有关。

第11~12章 PCB的EMC问题

1、信号完整性（signal integrity, SI）：信号线上的信号质量

良好的信号完整性：在需要的时候具有所必需达到的电压电平值 2、信号完整性分析：

（1）传输线不连续导致的振荡及反射

（2）过冲：可能引起保护工作，导致过早失效；下冲：可能引起假的时钟或数据错误 （3）信号振铃（欠阻尼）和环绕振荡（过阻尼）：由线上过度的电感电容引起 （4）地弹：电路中有大的电流涌动时引起地平面反弹噪声 （5）地平面回流噪声：数字地、模拟地、屏蔽地等的相互干扰

3、串扰：同一PCB板上的两条信号线与地平面引起，是出现在迹线之间、导线之间、迹线导线之间、安装电缆之间、元件之间的不期望的电磁场耦合。发生串音时，近场效应。

确定耦合模型主要取决于线路阻抗、频率和其他因素 􀂄 源和接收器阻抗乘积小于3002时，主要是磁场耦合 􀂄 源和接收器阻抗乘积大于10002时，主要是电场耦合

􀂄 源和接收器阻抗乘积在3002－10002之间时，磁场或电场都可能成为主要耦合，取决于线路间的配置和频率

􀂄 高频时电容耦合为主

􀂄 高频时电缆屏蔽层两端接地，则以磁场耦合为主 􀂄 低频一般有较低的电路阻抗、电感耦合为主

4、电磁兼容设计的频率范围：决不能用脉冲重复周期决定的频带作为印制电路板的电 磁兼容设计带宽（依据时钟驱动器的边沿速率）；除了基本频率外，再考虑谐波因素，通常取10倍频。 5、瞬态耦合：

以差模方式耦合进入逻辑电路的脉冲，其幅度取决于环路面积和电路阻抗，电路的阻抗越低，则耦合电压越低

如果敏感信号走线(采用为减小发射推荐的方式)靠近其地线，环路面积很小，干扰则很难耦合进入敏感电路 6、元器件与EMC

边沿率：产生射频能量的主要因素是边沿率，不是运行频率；只有在信号的边沿率满足逻辑状态转换的要求的条件下，才去重点考虑运行速度；选择满足要求的速度较慢的元器件更有利于减小EMI

输入功率消耗：逻辑状态转换的过程中会引起很大的射频电压和电容性串音，而且所需要的转换电流远大于静态电流；门级输入的电源转换电流是板上电源/地平面和电源/地信号线的噪声的主要制造者

时钟相位差：在电路网络中不同节点上时钟转换的时间差，是制约时钟上限的主要因素 高频情况下的分布电感与分布电容

7、多层PCB：

优点：将强电平信号与弱电平信号分在不同层流通；层间形成电容器，可改善电源瞬变特性；接地层有屏蔽作用等，可以改善辐射特性；可增加抗干扰能力，改善设备敏感性。 两种基本类型：微带线和微带波导

最好能保持时钟线条在整个路径具有常值阻抗：阻抗匹配，输出阻抗，终端波阻抗 布线：

通量最小原则：传输线与返回路径产生的磁力线相互抵消，实金属平面的镜象电流作用 5/5规则：时钟频率>5M，和上升时间小于5ns，则采用多层板 电源平面应靠近地平面，且在接地平面之下（平滑，屏蔽） 把数字电路和模拟电路分开

时钟与高频电路为主要干扰，要单独安排，远离敏感电路

20H原则：印制电路板的物理尺寸应比最靠近的接地板的物理尺寸小20H（板间距），以减小金属板的边缘辐射。

3W原则：为避免两条印制线之间的串扰，应保持任何线条间距不小于三倍的印制线条宽度

8、地线和电源线的干扰及抑制

减小线路板上所有电路的地线阻抗是保证数字电路可靠工作的基本要求。对于多层板，往往专门设置一层地线面。但是，多层板的成本较高，在民用产品上较少使用。实际上，在双

层板上做地线网格能获得几乎相同的效果。

在双层板的两面布置尽量多的平行地线，一面水平线，另一面垂直线，然后在它们交叉的地方用过孔连接起来，构成地线网格。虽然平行导体的距离远些，减小电感的作用更大，但是考虑到每个芯片的近旁应该有地线，往往每隔1~1.5cm布一根地线。制作地线网格的一个关键是在布信号线之前布地线网格，否则十分困难。尽管地线要尽量宽，但是除了作为直流电源主回路的地线由于要通过较大的电流，需要有一定的宽度外，地线网格中的其它导线并不需要很宽，即使有一根很窄的导线，也比没导线的情况效果好。

逻辑门的输出状态发生变化时，电源线上会有电流突变，由于电源线的电感效应，会在电源线上产生噪声电压，对其它共用电源的电路产生干扰，并且会产生辐射。因此必须设法解决这个问题。

按照解决地线噪声电压的思路，在线路板上设置电源线网格来减小电源线的电感固然是可以的，但这要占有宝贵的布线空间。对于电源线电感的问题，一般采用储能电容来消除电源线的噪声。

储能电容的作用是为芯片提供电路输出状态发生变化时所需的大电流，这样就避免了电源线上的电流发生突变，减小了感应出的噪声电压。即使在线路板上使用了电源线网格或电源线面(电源系统具有很小的电感)，储能电容也是必要的。这是由于储能电容将电流变化局限在较小的范围内，减小了辐射。

储能电容的作用是为芯片提供瞬态高能量，因此在布线时，要尽量使它靠近芯片。即使储能电容与芯片电源端和地线端之间的联线尽量短，使储能电容的供电回路面积尽量小。

储能电容与芯片之间的联线长度是线路板走线的长度加上芯片自身引脚的长度。要减小这两部分的总长度需要选用电源引脚与地引脚靠得近的芯片、不使用芯片安装座、使用表面安装形式的芯片等。

每片芯片的储能电容在放电完毕后，需要及时补充电荷，作好下次放电的准备。为了减小对电源系统的骚扰，通常也通过电容来提供电荷。为了描述上的方便，称起这个作用的电容为二级储能电容。当线路板上的芯片较少时，一只二级储能电容就可以了，一般安装在电源线的入口处，容量为芯片储能电容总容量的10倍以上。如果线路板上芯片较多，每10~15片设置一个二级储能电容。这个电容同样要求串联电感尽量小，应该使用钽电容，而不要使用铝电解电容，后者具有较大的内部电感。

从直观上看，似乎储能电容越大，为IC提供电流补偿的能力越强。因此，许多人爱使用容量很大的解耦电容。这是一个错误的概念。如前所述，由于电容上寄生电感的存在，电容放电回路会在某个频率点上发生谐振，在谐振点，电容的阻抗最小，因此放电回路的阻抗最小，补充能量的效果最好。但当频率超过谐振点时，放电回路的阻抗开始增加，这意味着电容提供电流能力开始下降。电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范围越小。因此，为了保证电容提供高频电流的能力，电容不能太大。

储能电容的容量太小时，同样不能达到预期的效果。但这是因为储能不足造成的。 根据去耦电容的工作原理，如果能增加芯片从电源线吸收能量的难度，就能够使芯片尽量从储能电容吸收能量，减少从电源线吸收的能量。从而充分发挥储能电容的作用，减小电源线上的噪声(dI/dt)。根据这个思路，可以人为地增加去耦电容电源侧电源线的阻抗。

在解耦电容电源侧安装一只铁氧体磁珠，由于磁珠对高频电流呈现较大的阻抗，因此增强了电源解耦电容的效果。铁氧体必须安装在靠近电源的一端，而不能是芯片的一端。这样相当于增加了从电源线吸取电流的困难，尽量使用储能电容中的能量。如果将铁氧体安装在芯片一测时，等于增加了电容放电回路的电感，会起到相反的作用。铁氧体在直流电流的作用下，磁导率会下降，甚至由于磁饱和而完全消失，其实际电感量很小；而在高频电流作用时其阻抗较大，因此铁氧体主要在高频发挥作用。

另外，布线时可使解耦电容电源一侧的电源线在满足供电要求的前提下尽量细，增加走线的电感，相当于增加了阻抗，可以起到一定的效果。这个方法不仅在芯片级的储能电容上应用，在二级储能电容和线路板上的电源入口处都可使用，减小较长电源线上的电流波动，减小辐射。

9、线路板的两种辐射机理：差模和共模

差模辐射：考虑最不利情况，场强乘以2；周期信号实产生辐射最强的信号；N各环路辐射，乘以N1/2。

(1) 减小差模电流I：在保证电路功能的前提下，尽量使用低功耗的芯片。当较长的导线上有较大的电流时，用缓冲器减小电流；

(2) 降低频率f：当电路功能允许时，尽量使用低速芯片。当然，高速的处理速度是所有软件工程师所希望的，而高速的处理速度是靠高速的时钟频率来保证的，因此降低电路的频率的做法在许多场合是受到的。关于降低电路的频率，要用如下的概念来理解：

1) 延长上升时间：在保证一定的脉冲重复频率的条件下，延长脉冲的上升时间，可以减小不必要的高频成分，这从脉冲信号的频谱包络线上可以看出；

2) 滤除1/tr频率以上的频率：脉冲信号的主要能量集中在1/tr频率以下，只要这部分能量保留下来，电路的工作就不会受影响。1/tr频率以上的成分虽然对电路工作没有作用，但是却产生最强的辐射，这从脉冲信号差模辐射的包络线可以看出。因此，可以用适当的低通滤波器滤除1/tr频率以上的成分。

(3) 控制差模电流的环路面积：通过以上的讨论可知，减小电流、降低频率等方法在实践中都有一定的局限性。最现实而有效的方法是控制信号环路的面积。通过减小信号环路面积能够有效地减小环路的辐射。控制信号环路面积从两个方面入手，一是在选用芯片时尽量选用大规模集成电路，表面安装形式的芯片，不使用安装座等，另一方面，在线路板布线时，尽量控制信号回路的面积。线路板设计的一项主要内容就是控制信号回路的面积。

减小单层或双层板的回路面积，采用多层板减少辐射，

10、减小共模电流可以从下面几个方面展开。

1) 增加共模电流环路的阻抗：在共模电压一定的情况下(共模电压与线路板设计、电缆布置、机箱结构等因素有关)，增加共模电流路径的阻抗可以减小共模电流。共模扼流圈就是达到这个目的的方法之一；

2) 减小共模电压：当共模回路阻抗一定时，减小共模电压就可以减小共模电流。但是共模电压产生的机理十分复杂。一般通过在线路板的I/O接口部分设置干净地、对机箱内的I/O电缆屏蔽、机箱内的I/O电缆长度尽量短等方法可以减小共模电压；

3) 减少电缆上的高频共模电流：可以通过使用共模低通滤波器来实现。但是，共模滤波器往往对差模信号也有一定的影响，当差模信号的信号频率较高时，为了防止差模信号失真而不能够有效地滤除高频共模电流。共模扼流圈是唯一的对差模信号影响很小的共模滤波器件，但是其效果往往很有限；

4) 屏蔽电缆：屏蔽电缆是抑制共模辐射十分有效的方法，但要注意电缆屏蔽层的端接方法和端接位置，端接的不好可能会增加电缆的辐射。

11、I/O电路的整体布局主要考虑三个基本方面：即功能子系统的分区和布局（把每一个功能子系统都看作是处在的印制电路板上的情形来进行设计），宁静区（在物理上使数字电路、模拟电路的电源和接地平面实现分隔的部分）电路布局，以及减小内部辐射噪声耦合

的设计。

12、集成电路的EMC抑制

集成电路的射频设计的要点

减小辐射效率 减小封装尺寸 使用封装外壳内部的地平面 靠近时钟源使用一个电源/地引脚 使用屏蔽封装 将信号和电源一脚放在一起 封装内使用低电感焊接线

13、数字电路抗扰度设计

分析数字电路敏感度时要注意的一个基本原理是逻辑阈值更靠近0V，而离电源电压Vcc值较远。因此，无论是共模射频干扰还是瞬态干扰，大部分都是在地线上产生的。差模干扰不会从外部接口传入到内部电路的深处。在布线时要注意使地线干扰电流远离逻辑电路。当单独依靠布线不能解决干扰问题时，应对I/O 引线进行滤波或隔离，为干扰电流提供一条安全的通路。对于在电路内部感应差模电压的辐射射频场的处理方法，同减小差模辐射的方法一样，这就是使电路环路面积最小，并且敏感电路的带宽。

在选择逻辑电路器件时，应尽量使用噪声阈值高的逻辑系列，其中74HC 系列最理想；4000B 系列一般适用于低速电路，使用中一定要注意容性耦合干扰。另外在设计中，应尽量使用同步时序设计；并且尽量避免使用边沿触发的输入电路。

尽管我们可以将电路的抗扰性设计的相当好，但是总会遇到瞬态的干扰。因此，在使用微处理器的产品的设计中，要使用“看门狗”技术；同时配合使用软件技术来减小由干扰引起的中断所造成的不良影响。

瞬态干扰和静电放电的防护技术与射频发射防护的技术很相近，往往同一种措施会达到对两种干扰同时防护的目的。一个特殊的对策是防止入侵的瞬态干扰和射频电流流进电路，而将它们吸收掉或直接旁路到地。为实现这个目的，可采取以下措施：

(1) 使所有外部接口在空间上相互靠近； (2) 在所有接口的入口处进行对地滤波； (3) 用共模扼流圈或光电耦合器隔离敏感接口；

(4) 使用有屏蔽层电缆，并将屏蔽层直接连接到地；

(5) 用接地的金属板，将PCB 与暴露的金属件或外部放电点隔离开。

14、软件防护性编程技术：

减小耦合或者串音 围绕元件使用更多的接地引脚 使用小的分布的时钟驱动代替单个时钟驱动 尽可能使用最低驱动电压的驱动 尽可能使用最慢的时钟电路 使用限流电阻 使用差分时钟驱动减小芯片的信号线电容 减小高频开关能量 使用能够达到要求的最慢边沿率的驱动元件 隔离包含时钟逻辑的芯片区域 使用分割电源/地平面隔离时钟噪声 分隔芯片上需要隔离的区域 隔离接地线和信号引脚 分隔I/O端口和时钟引脚 在软件中可以采取一些预防干扰的措施。应该广泛使用数据确认和纠错等标准技术。硬件的性能也能通过精心设计软件来改善。在对硬件的抗干扰性进行最优化时，用一些方法去除软件的错误检查功能是很必要的，否则硬件中的薄弱点会被软件的恢复能力所掩盖。例如，一个软件如果在对输人数据进行三次确认并得到同样结果才认可时，则对瞬态干扰有较好的抗扰性。如果在测试中仅使用短脉冲或单瞬态，设备可能抗扰性较好，但较长的脉冲会引起误操作，这种误操作可能已经通过改善的硬件敏感性得到防护。

并非所有的微处理器出错都是由干扰引起。其它的干扰源还有中断连线、边缘硬件设计、软件故障；非同步电路的亚稳态等。典型的软件技术包括：

(1) 对所有输入数据进行类型和范围检查；

(2) 对输入数据进行多次采样，对模拟数据进行平均计算，对数字数据进行确认处理； (3) 在所有数据传输中，加入奇偶校验及检查； (4) 在可变存储器中用纠错和修正算法保护数据块； (5) 可能时尽量使用电平触发，避免使用沿触发；

(6) 周期性对可编程接口芯片(PIA，ACIA 等)初始化。

15、微处理器看门狗：瞬态干扰造成的最严重情况是使处理器的程序计数器或地址寄存器翻转，使处理器将解释数据或空存储单元当作有效指令。这将导致处理器进入一个死循环，或者什么也不做，或者执行一些没有意义甚至非常危险的指令，当堆栈寄存器或存储器受到干扰时，也会发生同样的后果；不管那种情况，处理器都会发生动态停止。“看门狗”通过使处理器定期执行一条特殊的简单操作来避免这种情况的发生，不管处理器当时在做什么工作，这个特殊操作一般是复位。“看门狗”实际是一个输出端连接到RESET 输入端的计数器，这个计数器本身定期由处理器的操作来触发，处理器一般通过一个空余的输出端口对其进行操作。如果计数器在超时间隔的时间内没有得到来自输出端口“触发(喂)”，它的输出将变为低电平(吠叫)，使微处理器复位。超时间隔必须足够长，使处理器不必中断关键性的工作来为“看门狗”服务，同时处理器也有充分的时间从复位状态转入到服务程序中(否则，它将不断在吠叫，系统永远不能正确重新启动)。但超时间隔也不能过长，使设备受到干扰后产生危险的操作。因此，超时间隔要通过试验来摸索，没有一个固定的数值适合所有的应用程序，通常选在10ms～1s 之间。

第13章 电磁兼容预测 1、基础

安全系数：敏感度阈值减去干扰

在电磁兼容性预测中涉及到如下几个基本问题：

􀂄 电磁骚扰源的模型，传输特性数学模型以及敏感度阈值 的数学模型

􀂄 电磁发射：主要用耦极子模型，片元模型 􀂄 电磁骚扰源对线路的耦合，即场线耦合问题 􀂄 空间电磁场对壳体的散射及对空隙的透射

工程中往往按先粗后细的原则，剔除那些能够肯定的问

题。对剩下的问题采用不同的分析模型处理

􀂄 幅度筛选：可以把占多数的弱骚扰与少数的强干扰分开， 从而大大缩小分析问题的范围

􀂄 频率筛选：通过考虑附加的骚扰抑制度来详细处理频率变 量之间的相互关系

􀂄 详细筛选：确定骚扰的概率分布和时间的依从关系统计