内容简介
以设备和系统达到电磁兼容的状态,顺利通过认证试验为目的,从工程实践的角度,讲解电磁兼容技术的原理与应用。对电磁兼容中的三个基本技术,屏蔽、滤波、接地,做了较细致的讲解,不仅讲解了基本原理,特别注重这些技术在工程中的实际应用方法。并结合典型的电磁兼容试验项目,介绍了这些技术的具体应用。设备或系统通过电磁兼容认证试验难度较大,特别是当试验失败时,如何进行整改,对于工程师而言更是巨大的挑战。本书较详细的介绍了关于整改的方法和技巧。
目录
第1 章 基础知识 ............................................................................................................ 1
1.1 电磁兼容 ........................................................................................................................ 1
1.1.1 什么是电磁兼容 ................................................................................................. 1
1.1.2 电磁兼容标准 ..................................................................................................... 3
1.1.3 电磁兼容设计的目的和内容 ............................................................................. 5
1.2 电磁兼容三要素 ............................................................................................................ 6
1.2.1 电磁干扰源的特性 ............................................................................................. 7
1.2.2 电磁敏感源的特性 ............................................................................................. 8
1.2.3 电磁干扰耦合路径 ........................................................................................... 10
1.3 共模电流 ...................................................................................................................... 11
1.3.1 位移电流 ........................................................................................................... 11
1.3.2 共模电流 ........................................................................................................... 12
1.4 电磁波的辐射 .............................................................................................................. 15
1.4.1 基本天线结构 ................................................................................................... 15
1.4.2 实际电路的辐射 ............................................................................................... 18
1.4.3 波阻抗 ............................................................................................................... 19
1.4.4 寄生天线 ........................................................................................................... 19
1.5 频域分析 ...................................................................................................................... 20
1.5.1 傅里叶变换 ....................................................................................................... 21
1.5.2 梯形波的频谱包络线 ....................................................................................... 23
1.5.3 脉冲信号频谱的控制 ....................................................................................... 25
1.5.4 频谱分析仪的原理与应用 ............................................................................... 26
1.6 分贝的概念 .................................................................................................................. 28
1.6.1 分贝的定义 ....................................................................................................... 28
1.6.2 分贝在电磁兼容中的应用 ............................................................................... 28
实践电磁兼容技术
・VIII・
第2 章 电磁干扰的耦合路径 ........................................................................................ 31
2.1 电源形成的耦合路径 .................................................................................................. 31
2.1.1 电源形成耦合路径的原理 ............................................................................... 31
2.1.2 电源耦合的解决方法 ....................................................................................... 33
2.2 地线的耦合路径 .......................................................................................................... 35
2.2.1 地线耦合的机理 ............................................................................................... 35
2.2.2 地线耦合的解决方法 ....................................................................................... 36
2.3 电场耦合 ...................................................................................................................... 37
2.3.1 电场耦合的机理 ............................................................................................... 37
2.3.2 电容耦合的消除 ............................................................................................... 39
2.3.3 关于屏蔽体的接地位置 ................................................................................... 41
2.4 磁场耦合 ...................................................................................................................... 41
2.4.1 磁场耦合的机理 ............................................................................................... 41
2.4.2 磁场泄漏的控制 ............................................................................................... 42
2.4.3 磁场接收的控制 ............................................................................................... 43
2.4.4 磁场接收的屏蔽 ............................................................................................... 47
2.5 电场耦合与磁场耦合的比较 ...................................................................................... 51
第3 章 地线与电磁兼容的关系 .................................................................................... 54
3.1 地线的种类 .................................................................................................................. 55
3.1.1 安全保护地 ....................................................................................................... 55
3.1.2 静电保护地 ....................................................................................................... 56
3.1.3 雷电保护地 ....................................................................................................... 57
3.1.4 电路地 ............................................................................................................... 57
3.1.5 射频地 ............................................................................................................... 58
3.2 地线的阻抗 .................................................................................................................. 60
3.2.1 地线阻抗有什么影响 ....................................................................................... 60
3.2.2 导体的阻抗 ....................................................................................................... 61
3.2.3 电流回路的阻抗 ............................................................................................... 64
3.3 地环路干扰 .................................................................................................................. 65
3.3.1 地环路干扰现象 ............................................................................................... 65
3.3.2 保护地导致的地环路干扰 ............................................................................... 67
3.3.3 金属机箱/机柜上的地环路干扰 ...................................................................... 68
3.4 地环路干扰的解决方法 .............................................................................................. 69
3.4.1 设置干净的保护地 ........................................................................................... 69
目录
・IX・
3.4.2 切断两个电路之间的电气连接 ....................................................................... 71
3.4.3 平衡电路 ........................................................................................................... 73
3.5 公共地线阻抗导致的干扰问题 .................................................................................. 74
3.6 地线的设计原则 .......................................................................................................... 75
3.6.1 从地线的目的出发 ........................................................................................... 75
3.6.2 安全保护地 ....................................................................................................... 76
3.6.3 电路地 ............................................................................................................... 76
3.6.4 射频地 ............................................................................................................... 77
3.7 搭接 .............................................................................................................................. 82
3.7.1 搭接的种类 ....................................................................................................... 83
3.7.2 搭接的可靠性 ................................................................................................... 85
第4 章 电磁屏蔽技术 .................................................................................................. 88
4.1 电磁屏蔽的目的与屏蔽效能 ...................................................................................... 88
4.2 完整屏蔽材料的屏蔽效能 .......................................................................................... 92
4.2.1 电磁屏蔽不需要接地 ....................................................................................... 92
4.2.2 屏蔽效能的计算 ............................................................................................... 93
4.2.3 反射损耗 ........................................................................................................... 94
4.2.4 吸收损耗 ........................................................................................................... 97
4.2.5 多次反射修正因子 ........................................................................................... 98
4.2.6 综合屏蔽效能 ................................................................................................... 98
4.3 低频磁场的屏蔽方法 .................................................................................................. 99
4.4 影响屏蔽体屏蔽效能的关键因素 ............................................................................ 101
4.4.1 孔洞的电磁泄漏 ............................................................................................. 102
4.4.2 缝隙的电磁泄漏 ............................................................................................. 104
4.4.3 贯通导体的电磁泄漏 ..................................................................................... 105
4.5 截止波导管 ................................................................................................................ 105
4.6 缝隙的处理 ................................................................................................................ 108
4.7 电磁密封衬垫的使用 ................................................................................................ 110
4.8 屏蔽面板的屏蔽设计 ................................................................................................ 116
4.9 贯通导体的处理 ........................................................................................................ 117
4.10 导电涂覆层 .............................................................................................................. 118
第5 章 电磁干扰滤波技术 ......................................................................................... 120
5.1 电磁干扰滤波在电磁兼容设计中的作用 ................................................................ 120
5.1.1 概述 ................................................................................................................. 120
实践电磁兼容技术
・X・
5.1.2 与滤波有关的电磁兼容问题举例 ................................................................. 122
5.2 差模滤波和共模滤波 ................................................................................................ 125
5.2.1 差模滤波 ......................................................................................................... 125
5.2.2 共模滤波 ......................................................................................................... 126
5.3 滤波器的插入损耗 .................................................................................................... 129
5.3.1 插入损耗的定义 ............................................................................................. 129
5.3.2 插入损耗的测量 ............................................................................................. 130
5.4 电磁干扰滤波器的电路设计 .................................................................................... 132
5.4.1 电磁干扰滤波器的基本电路 ......................................................................... 132
5.4.2 电容的接地点 ................................................................................................. 133
5.4.3 电路的器件数量 ............................................................................................. 134
5.4.4 滤波电路形式的确定 ..................................................................................... 136
5.4.5 滤波电路中器件参数的确定 ......................................................................... 137
5.4.6 滤波电路的插入增益问题 ............................................................................. 138
5.5 电磁干扰滤波器实现中的问题 ................................................................................ 139
5.5.1 器件参数对滤波特性的影响 ......................................................................... 140
5.5.2 滤波电容的因素 ............................................................................................. 142
5.5.3 滤波电感的因素 ............................................................................................. 143
5.5.4 屏蔽对滤波电路的影响 ................................................................................. 144
5.5.5 滤波器结构的因素 ......................................................................................... 145
5.6 滤波电容的使用 ........................................................................................................ 147
5.6.1 滤波电容的种类 ............................................................................................. 147
5.6.2 滤波电容的并联使用 ..................................................................................... 148
5.6.3 减小滤波电容引线的影响 ............................................................................. 149
5.6.4 穿心电容 ......................................................................................................... 151
5.7 电感器件的基本知识 ................................................................................................ 152
5.7.1 电感的定义 ..................................................................................................... 152
5.7.2 电感的计算 ..................................................................................................... 153
5.8 电感的磁芯 ................................................................................................................ 155
5.8.1 磁性材料 ......................................................................................................... 155
5.8.2 电磁干扰滤波器磁芯的主要种类 ................................................................. 158
5.8.3 电磁干扰滤波器磁芯的主要特性 ................................................................. 159
5.8.4 抗EMI 铁氧体 ................................................................................................ 161
5.8.5 磁粉芯 ............................................................................................................. 167
5.8.6 非晶合金 ......................................................................................................... 168
目录
・XI・
5.9 电感的制作方法 ........................................................................................................ 169
5.9.1 制作电感需要考虑的主要问题 ..................................................................... 170
5.9.2 共模电感 ......................................................................................................... 171
5.9.3 电感的绕制方法 ............................................................................................. 173
5.10 低通滤波器对脉冲干扰的抑制作用 ...................................................................... 174
第6 章 电路与印制电路板的电磁兼容设计 ................................................................ 177
6.1 电路辐射发射的机理 ................................................................................................ 178
6.1.1 电路的辐射模型 ............................................................................................. 178
6.1.2 差模辐射的估算 ............................................................................................. 179
6.1.3 共模辐射的估算 ............................................................................................. 181
6.2 电路受干扰的机理 .................................................................................................... 183
6.3 数字电路的辐射 ........................................................................................................ 184
6.4 时钟信号 .................................................................................................................... 186
6.5 电路地线的设计 ........................................................................................................ 190
6.5.1 控制电流回路的面积 ..................................................................................... 190
6.5.2 地平面的使用 ................................................................................................. 193
6.5.3 PCB 多层板的注意事项 ................................................................................. 195
6.6 电源线的相关问题 .................................................................................................... 199
6.6.1 二次电源模块的干扰与控制 ......................................................................... 200
6.6.2 数字电路的电源干扰与控制 ......................................................................... 202
6.7 I/O 电路的相关问题 .................................................................................................. 206
6.7.1 平衡电路 ......................................................................................................... 206
6.7.2 I/O 滤波电路 ................................................................................................... 208
6.7.3 I/O 滤波电路的实现 ....................................................................................... 211
6.7.4 I/O 滤波电路的电容 ....................................................................................... 214
6.7.5 I/O 端口的位置 ............................................................................................... 215
6.8 敏感电路的滤波 ........................................................................................................ 216
6.9 电路地与金属机箱的连接 ........................................................................................ 218
6.10 PCB 上串扰的控制 .................................................................................................. 221
6.11 金属机箱内部的互连电缆 ...................................................................................... 222
6.12 PCB 的局部屏蔽...................................................................................................... 224
第7 章 传导发射的控制 ............................................................................................. 228
7.1 传导发射的要求与测量 ............................................................................................ 228
7.1.1 传导发射的限制 ............................................................................................. 228
实践电磁兼容技术
・XII・
7.1.2 谐波电流发射试验 ......................................................................................... 232
7.1.3 射频传导发射的测量 ..................................................................................... 233
7.1.4 电源线功率发射试验 ..................................................................................... 236
7.2 传导发射产生的机理 ................................................................................................ 236
7.3 开关电源的工作原理与干扰特征 ............................................................................ 240
7.3.1 开关电源的工作原理 ..................................................................................... 240
7.3.2 开关电源的干扰特征 ..................................................................................... 243
7.4 开关电源传导发射的控制原理 ................................................................................ 246
7.4.1 差模传导发射的控制原理 ............................................................................. 246
7.4.2 共模传导发射的控制原理 ............................................................................. 248
7.5 电源线滤波器 ............................................................................................................ 251
7.5.1 电源线滤波器的基本电路 ............................................................................. 253
7.5.2 滤波器的参数确定 ......................................................................................... 257
7.5.3 滤波器的制作方法 ......................................................................................... 258
7.5.4 电感的制作方法 ............................................................................................. 261
7.5.5 滤波电容的选择 ............................................................................................. 263
7.5.6 滤波器的安装方式 ......................................................................................... 265
7.5.7 成品滤波器的选用 ......................................................................................... 267
7.6 谐波电流的控制 ........................................................................................................ 268
7.6.1 谐波电流产生的原理 ..................................................................................... 268
7.6.2 功率因数的概念 ............................................................................................. 269
7.6.3 谐波电流的控制 ............................................................................................. 270
7.7 电源线传导发射超标的整改 .................................................................................... 273
7.7.1 电源线传导发射超标的整改步骤 ................................................................. 273
7.7.2 电源线滤波器插入损耗不足的整改 ............................................................. 274
第8 章 辐射发射的控制 ............................................................................................. 278
8.1 辐射发射的要求与测量 ............................................................................................ 279
8.1.1 辐射发射的限制 ............................................................................................. 279
8.1.2 辐射发射的测量 ............................................................................................. 280
8.1.3 受试设备的状态 ............................................................................................. 282
8.2 辐射发射是怎样产生的 ............................................................................................ 282
8.2.1 从设备外部看到的辐射源 ............................................................................. 282
8.2.2 从设备内部看到的辐射源 ............................................................................. 283
8.3 降低辐射发射的方法 ................................................................................................ 284
目录
・XIII・
8.4 电路和PCB 上采取的辐射发射控制措施 ............................................................... 286
8.4.1 关于时钟信号 ................................................................................................. 286
8.4.2 二次电源模块(DC/DC 模块) .................................................................... 287
8.4.3 地平面的使用 ................................................................................................. 289
8.4.4 电源线去耦电路 ............................................................................................. 289
8.4.5 PCB 外拖电缆端口的位置 ............................................................................. 290
8.5 PCB 外拖电缆的处理 ................................................................................................ 290
8.5.1 PCB 外拖电缆的辐射原理 ............................................................................. 290
8.5.2 共模扼流圈的使用 ......................................................................................... 292
8.5.3 共模滤波电容的使用 ..................................................................................... 294
8.5.4 PCB 外拖电缆的屏蔽 ..................................................................................... 295
8.6 金属机箱/机柜与结构上的措施 ............................................................................... 296
8.6.1 内部电路的屏蔽 ............................................................................................. 298
8.6.2 金属机箱/机柜的必要性 ................................................................................ 300
8.6.3 屏蔽机箱/机柜的注意事项 ............................................................................ 301
8.7 设备外部电缆的辐射发射控制 ................................................................................ 302
8.7.1 共模滤波 ......................................................................................................... 303
8.7.2 电缆屏蔽 ......................................................................................................... 304
8.8 屏蔽电缆的屏蔽效能 ................................................................................................ 307
8.9 电源线辐射发射的控制 ............................................................................................ 309
8.10 辐射发射超标问题的整改 ...................................................................................... 313
8.10.1 辐射发射超标问题整改的基本原理 ........................................................... 313
8.10.2 辐射发射超标原因的判别 ........................................................................... 314
8.10.3 信号电缆辐射发射过强的原因 ................................................................... 317
8.10.4 电源线辐射发射过强的原因 ....................................................................... 318
8.10.5 机箱辐射发射过强的原因 ........................................................................... 319
8.10.6 辐射发射的整改 ........................................................................................... 320
8.11 降低辐射发射的实例 .............................................................................................. 322
8.11.1 PCB 改进对差模辐射的影响 ....................................................................... 323
8.11.2 开关电源的影响 ........................................................................................... 325
8.11.3 外拖电缆的影响 ........................................................................................... 325
8.11.4 其他措施 ....................................................................................................... 326
第9 章 抗扰性设计 .................................................................................................... 328
9.1 电快速脉冲试验与对策 ............................................................................................ 328
9.1.1 电快速脉冲试验 ............................................................................................. 328
实践电磁兼容技术
・XIV・
9.1.2 电源线上的电快速脉冲试验对受试设备的影响 ......................................... 332
9.1.3 电源线上的电快速脉冲试验措施 ................................................................. 333
9.1.4 信号线上的电快速脉冲试验对电路的影响 ................................................. 336
9.1.5 信号线上的电快速脉冲试验措施 ................................................................. 337
9.2 浪涌试验与对策 ........................................................................................................ 339
9.2.1 浪涌试验 ......................................................................................................... 340
9.2.2 浪涌对电子设备的影响 ................................................................................. 344
9.2.3 浪涌保护器 ..................................................................................................... 345
9.2.4 浪涌保护电路 ................................................................................................. 350
9.3 辐射抗扰性试验 ........................................................................................................ 353
9.3.1 辐射抗扰性试验介绍 ..................................................................................... 353
9.3.2 通过辐射抗扰性试验的设计方法 ................................................................. 355
9.4 静电放电试验 ............................................................................................................ 356
9.4.1 静电放电试验介绍 ......................................................................................... 357
9.4.2 间接放电对设备的影响与解决方法 ............................................................. 359
9.4.3 直接放电对设备的影响与解决方法 ............................................................. 360
9.4.4 非接触式直接放电对电路的影响与防护措施 ............................................. 363
9.5 GJB 151B―2013 的主要敏感度试验 ...................................................................... 366
9.5.1 CS101 试验 ..................................................................................................... 366
9.5.2 CS106 试验 ..................................................................................................... 368
9.5.3 CS114 试验 ..................................................................................................... 370
9.5.4 CS115 试验 ..................................................................................................... 374
9.5.5 CS116 试验 .....................................................................................................




















