一、電快速瞬變脈沖群

EFT會帶來系統(tǒng)電路IC中數(shù)字電路的敏感性問題，電感負(fù)載開關(guān)系統(tǒng)斷開時，會在斷開點產(chǎn)生由大量脈沖組成的瞬態(tài)騷擾。其頻譜分布非常寬，數(shù)字電路對其比較敏感，易受到騷擾。

電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗的目的是評估產(chǎn)品對來源于諸如繼電器，接觸器等電感性負(fù)載在開，斷時所產(chǎn)生的電快速瞬變脈沖群(EFT)的抗擾度。

試驗時，EFT發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖群，耦合到產(chǎn)品的電源線，信號線，和控制線上，并考核產(chǎn)品性能是否下降。

試驗時，一般不會損壞元器件，只是使EUT出現(xiàn)“軟”故障，如程序混亂，數(shù)據(jù)丟失等產(chǎn)品性能下降。有的EUT對單脈沖不敏感，但對脈沖群敏感。由于對IC輸入端電容充電，在脈沖間隔不能完全放電，導(dǎo)致電位逐漸積累，使IC發(fā)生誤動作。

如下圖，對產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)等效分析一下EFT問題：

圖中我們將EFT信號發(fā)生器等效到產(chǎn)品電路中：

EFT干擾特點：脈沖成群出現(xiàn)，重復(fù)頻率高，上升時間短，單脈沖能量低！

通過相關(guān)數(shù)據(jù)的測試分析，認(rèn)為脈沖群干擾之所以會造成設(shè)備的誤動作，是因為脈沖群對線路中半導(dǎo)體器件結(jié)電容充電。當(dāng)結(jié)電容上的能量積累到一定程度，便會引起線路（乃至設(shè)備）的誤動作及故障！

電源線注入：

試驗時，EFT發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖群，耦合到產(chǎn)品的電源線，信號線，和控制線上，并考核產(chǎn)品性能是否下降。

試驗時，一般不會損壞元器件，只是使電子產(chǎn)品及設(shè)備出現(xiàn)“軟”故障，如程序混亂，數(shù)據(jù)丟失等產(chǎn)品性能下降。有的EUT對單脈沖不敏感，但對脈沖群敏感。由于對IC輸入端電容充電，在脈沖間隔不能完全放電，導(dǎo)致電位逐漸積累，使IC發(fā)生誤動作。

EFT-在電路中帶來的故障理論與分析：

受試設(shè)備EFT信號以共模方式施加到電源線或信號線上。

（1）當(dāng)EFT加在某一條L、N、G上時，EUT的其它L、N、G上會同時得到差模和共模電壓。
如果EUT在電源端沒有良好的濾波，則EFT會進(jìn)入EUT的后續(xù)電路，使數(shù)字電路工作異常。
例如，在IC輸入端，EFT對寄生電容充電，通過脈沖群的逐級積累，達(dá)到和超過IC的噪聲容限。
（2）侵入的EFT還會通過電源線，地線的引線電感，產(chǎn)生反電動勢V=-Ldi/dt，造成電源電壓和地電位的波動，引起數(shù)字電路的誤操作。
（3）扎線不合理。
例如將強(qiáng)電和弱電，騷擾電路和敏感電路，信號地和強(qiáng)電源地的電纜捆綁或放在一起，引起感應(yīng)耦合。

提供EFT在電路中的總的設(shè)計和分析思路如下：

EFT的設(shè)計及分析方法：

A.正確選用和安裝電源濾波器；
B.減小PCB電源線和地線的引線電感；
C.分類捆扎分類敷設(shè)導(dǎo)線和電纜；
D.正確做好接地設(shè)計；
E.安裝瞬態(tài)騷擾抑制器或采用高頻磁珠或磁環(huán)增加其高頻阻抗。

注意：濾波器參數(shù)失配、濾波器安裝位置不佳、接地線阻抗問題等等；上述情況會不同程度降低濾波器性能，使足夠多的干擾進(jìn)入電子產(chǎn)品及設(shè)備內(nèi)部，干擾到電子產(chǎn)品及設(shè)備。

濾波器參數(shù)失配問題：

（1）磁性材料的頻率特性不匹配，比如在EFT干擾信號頻率帶內(nèi)的阻抗不夠高。
（2）電感沒有按照高頻電感規(guī)則繞線圈，層間、匝間電容較大，使EFT信號從寄生電容旁路進(jìn)入電子產(chǎn)品及設(shè)備。
（3）Y電容性能不佳，寄生電感比較大。由于EFT干擾信號頻率高達(dá)60MHz，再加上幅度較高，所以有比較強(qiáng)的輻射性，如有使用濾波器其安裝的位置也很關(guān)鍵。

對于金屬外殼接地的產(chǎn)品，提供如下等效思路解決問題！

產(chǎn)品為金屬外殼接地：其濾波器結(jié)構(gòu)如上圖所示，系統(tǒng)Y電容是很好的旁路路徑！設(shè)計也相對比較容易！

二、差共模干擾分析

A.共模干擾與差模干擾

共模干擾：就是線與線同時對地的回路干擾

如上圖， UPQ的電壓差UCM為共模電壓，ICM1和ICM2為共模電流。ICM1和ICM2大小不一定相同，但方向相同！

差模干擾：簡單的說是線對線的回路干擾。

如上圖，我們可以了解差模的原理圖。UDM為差模電壓，IDM為差模電流。

IDM大小相同，方向相反。

在大多數(shù)情況下：共模干擾的干擾電流在電纜中的所有導(dǎo)線上幅度／相位相同，它在電纜與大地之間形成回路流動，見圖(a)。差模干擾的干擾電流在信號線與信號地線之間流動，見圖(b)！

由于共模干擾與差模干擾的干擾電流在電纜上的流動方式不同；因此對這兩種干擾電流的濾波方法也不相同。因此在進(jìn)行濾波設(shè)計之前必須了解所面對的干擾電流的類型！

如下圖所示，我們看一下電子產(chǎn)品的CLASS A和CLASS B標(biāo)準(zhǔn)要求！

我們通過如下的框圖結(jié)構(gòu)知道，如果電子產(chǎn)品和設(shè)備開關(guān)電源系統(tǒng)如果不插入EMI濾波器，其很難通過上述的CLASS A或CLASS B的標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

開關(guān)電源：EMC的分析和設(shè)計中EMI傳導(dǎo)高效設(shè)計，我們的設(shè)計理論是150KHZ-10MHZ，即快速使用EMI輸入濾波器來搞定！EMI濾波器中最為關(guān)鍵的設(shè)計為共模電感的選擇和設(shè)計，以下我將共模電感的特性進(jìn)行理論分析！

1.目前推薦及常用的共模電感的結(jié)構(gòu)

共模電感器等效電路：

共模電感器磁場分布特點：

A.FCM

共模磁通基本都在磁芯內(nèi)部，使得共模電感量很大!

B. FDM

差模磁通通過磁芯外部空氣，使得差模電感量較??！

2.分析兩種常用的共模電感的磁芯結(jié)構(gòu)

A. T Core

B. SQ Core

應(yīng)用時注意要點：

（1）對分繞結(jié)構(gòu)，工頻功率電流（差模形態(tài)）作用下，磁芯存在偏磁磁通；
（2）偏磁磁通沿磁芯分布不均勻，在繞組中間部位磁密最大；
（3）如果在偏磁磁通下，磁密最大處磁芯飽和，則共模感量急劇下降；
（4）漏感(差模電感)越大，在工頻電流下偏磁通越大，則磁芯越易局部飽和。

3.共模濾波器的差模和共模的插入損耗（大資質(zhì)的廠家會給出相關(guān)曲線）

4. 差/共電感的測量

5.偏磁電流（直流/工頻）對共模電感的影響需要考慮

直流電流偏磁影響評估

分析總結(jié)：

通過上面的測試曲線，直流電流偏磁影響下共模電感的等效Gap對共模和差模的電感特性有較大的影響，因此需要關(guān)注共模電感的通態(tài)電流！滿足以下公式：

三、技能拓展

PCB的輻射與線纜的輻射

1.PCB輻射

PCB上有許多信號環(huán)路，其中有差模電流環(huán)也有共模電流環(huán)，計算其輻射強(qiáng)度時，可等效為環(huán)天線，輻射強(qiáng)度由下式計算：

2.線纜和接口連接線的輻射

計算線纜的輻射強(qiáng)度時，將其等效為單極天線，其輻射強(qiáng)度由下式計算：

從以上兩式可以看出線纜的輻射效率遠(yuǎn)大于PCB布局布線的輻射效率！

3.電磁屏蔽理論

A.屏蔽效能的概念

屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸?shù)囊环N技術(shù)，是抑制電磁干擾的重要手段之一。屏蔽有兩個目的，一是限值內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該內(nèi)部區(qū)域，二是防止外來的輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域。

電磁場通過金屬材料隔離時，電磁場的強(qiáng)度將明顯降低，這種現(xiàn)象就是金屬材料的屏蔽作用。我們可以用同一位置無屏蔽體時電磁場的強(qiáng)度與加屏蔽體之后電磁場的強(qiáng)度之比來表征金屬材料的屏蔽作用，定義屏蔽效能（ShieldingEffectiveness，簡稱 SE）：

B.屏蔽體上孔縫的影響

實際上，屏蔽體上面不可避免地存在各種縫隙、開孔以及進(jìn)出電纜等各種缺陷，這些缺陷將對屏蔽體的屏蔽效能有急劇的劣化作用。

理想的屏蔽體在30MHz以上的屏蔽效能已經(jīng)足夠高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工程實際的需要。真正決定實際屏蔽體的屏蔽效能的因素是各種電氣不連續(xù)缺陷，包括：縫隙、開孔、電纜穿透等。

屏蔽體上面的縫隙十分常見，特別是目前機(jī)柜、插箱均是采用拼裝方式，其縫隙十分多，如果處理不妥，縫隙將急劇劣化屏蔽體的屏蔽效能。

C.孔縫屏蔽的總體設(shè)計思想

根據(jù)小孔耦合理論，決定孔縫泄漏量的因素主要有兩個：孔縫面積和孔縫最大線度尺寸。兩者皆大，則泄漏最為嚴(yán)重；面積小而最大線度尺寸大則電磁泄漏仍然較大。如圖所示為一典型機(jī)柜示意圖，上面的孔縫主要分為四類：

（1）機(jī)箱（機(jī)柜）接縫

該類縫雖然面積不大，但其最大線度尺寸即縫長卻非常大，由于維修、開啟等限制，致使該類縫成為電子設(shè)備中屏蔽難度最大的一類孔縫，采用導(dǎo)電襯墊等特殊屏蔽材料可以有效地抑制電磁泄漏。該類孔縫屏蔽設(shè)計的關(guān)鍵在于：合理地選擇導(dǎo)電襯墊材料并進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃慰刂啤?br/>
（2）通風(fēng)孔

該類孔面積和最大線度尺寸較大，通風(fēng)孔設(shè)計的關(guān)鍵在于通風(fēng)部件的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在滿足通風(fēng)性能的條件下，應(yīng)盡可能選用屏效較高的屏蔽通風(fēng)部件。

（3）觀察孔與顯示孔

該類型孔面積和最大線度尺寸較大，其設(shè)計的關(guān)鍵在于屏蔽透光材料的選擇與裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

（4）連接器與機(jī)箱接縫

這類縫的面積與最大線度尺寸均不大，但由于在高頻時導(dǎo)致連接器與機(jī)箱的接觸阻抗急劇增大，從而使得屏蔽電纜的共模傳導(dǎo)發(fā)射變大，往往導(dǎo)致整個設(shè)備的輻射發(fā)射出現(xiàn)超標(biāo)，為此應(yīng)采用導(dǎo)電橡膠等連接器導(dǎo)電襯墊。

由于輻射源分為近區(qū)的電場源、磁場源和遠(yuǎn)區(qū)的平面波，因此屏蔽體的屏蔽性能依據(jù)輻射源的不同，在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀和對孔縫泄漏控制等方面都有所不同。在設(shè)計中要達(dá)到所需的屏蔽性能，則需首先確定輻射源，明確頻率范圍，再根據(jù)各個頻段的典型泄漏結(jié)構(gòu)，確定控制要素，進(jìn)而選擇恰當(dāng)?shù)钠帘尾牧?，設(shè)計屏蔽殼體。

綜上所述，孔縫抑制的設(shè)計要點歸納為：

（1）合理選擇屏蔽材料；
（2）合理設(shè)計安裝互連結(jié)構(gòu)。

D.孔洞泄露的評估

機(jī)箱上不可避免地會有各種孔洞，這些孔洞最終決定了屏蔽體的屏蔽效能（假設(shè)沒有電纜穿過機(jī)箱）。一般可以認(rèn)為，屏蔽機(jī)箱在低頻時的屏蔽效能主要取決于制造屏蔽體的材料，在高頻時的屏蔽效能主要取決于機(jī)箱上的孔洞和縫隙。當(dāng)電磁波入射到一個孔洞時，孔洞的作用是相當(dāng)于一個偶極天線。當(dāng)縫隙的長度達(dá)到1/2時，其輻射效率最高（與縫隙的寬度無關(guān)）。也就是說，它可以入射到縫隙的全部能量輻射出去，如圖所示。

孔縫的電磁泄漏

在遠(yuǎn)場區(qū)，如果孔洞的最大尺寸L小于λ/2，一個厚度為0的材料上的縫隙的屏蔽效能為：

如果L大于λ/2，則SE=0（dB）。
式中SE──屏蔽效能（dB）；
L──孔洞的長度（mm）；
H──孔洞的寬度（mm）；
f──入射電磁波的頻率（MHz）。

這個公式計算的是最壞情況下（造成最大泄露的極化方向）的屏蔽效能，實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

在近場區(qū)，孔洞的泄露還與輻射源是磁場源有關(guān)。當(dāng)輻射源是電場源時，孔洞的泄露比遠(yuǎn)場?。ㄆ帘涡芨撸?；而當(dāng)輻射源是磁場源時，孔洞的泄露比遠(yuǎn)場大（屏蔽效能低）。對于不同電路阻抗Zc的輻射源，計算公式如下：

若ZC＞（7.9/Df）：（電場源）；
若ZC＜（7.9/Df）：（磁場源）式中SE──屏蔽效能（dB）；
L──孔洞的長度（mm）；
H──孔洞的寬度（mm）；
f──入射電磁波的頻率（MHz）。

這個公式計算的是最壞情況下（造成最大泄漏的極化方向）的屏蔽效能，實際情況下屏蔽效能可能會更高一些。

需要注意的問題是，對于磁場輻射源，孔洞在近場區(qū)的屏蔽效能與電磁波的頻率沒有關(guān)系，也就是說，很小的孔洞也可能導(dǎo)致較大的泄漏。這時影響屏蔽效能的一個更重要參數(shù)是孔洞到輻射源的距離?？锥淳嚯x輻射源越近，泄漏越大。這個特點往往導(dǎo)致屏蔽體發(fā)生意外的泄漏。因為在屏蔽體上開孔的一個目的是通風(fēng)散熱，這意味著會很自然地將孔洞設(shè)計在靠近發(fā)熱源附近，而發(fā)熱源往往是大電流的載體，在其周圍有較強(qiáng)的磁場。結(jié)果，無意識地將孔洞開在強(qiáng)磁場輻射源的附近。因此，在設(shè)計中，要注意孔洞和縫隙要遠(yuǎn)離電流載體，例如線路板、電纜、變壓器等。

當(dāng)N個尺寸相同的孔洞排列在一起，并且相距較近（距離小于λ/2）時，孔洞陣列的屏蔽效能會下降，下降數(shù)值為10lgN。

因為孔洞的輻射有方向性，因此在不同面上的孔洞不會明顯增加泄漏，利用這個特點可以在設(shè)計時將孔洞放在屏蔽機(jī)箱的不同面，避免某一個面的輻射過強(qiáng)。

E.電纜的屏蔽設(shè)計

如果導(dǎo)體從屏蔽體中穿出去，將對屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。

電纜穿透的作用是將屏蔽體內(nèi)外通過導(dǎo)線連通，等效于兩個背靠背的天線，對屏蔽體的屏蔽有極大的影響。

為了避免電纜穿透對屏蔽體的影響，可以從幾個方面采取措施：

（1）采用屏蔽電纜時，屏蔽電纜在出屏蔽體時，采用夾線結(jié)構(gòu)，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地，提供足夠低的接觸阻抗。
（2）采用屏蔽電纜時，用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號接出屏蔽體，通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。
（3）采用非屏蔽電纜時，采用濾波連接器轉(zhuǎn)接，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。
（4）采用非屏蔽電纜時，電纜在屏蔽體的內(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）要足夠短，使干擾信號不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。
（5）電源線通過電源濾波器出屏蔽體，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

4.接地設(shè)計

接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外輻射干擾；反之錯誤的接地反而會引

入嚴(yán)重的干擾，甚至使電子設(shè)備無法正常工作。

A.接地的概念

電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。接地就是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個電位基準(zhǔn)間建立低阻的導(dǎo)電通路?！敖哟蟮亍本褪且缘厍虻碾娢蛔鳛榛鶞?zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、線路選定點等通過接地線、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。

“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”是指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體（電子設(shè)備通常以金屬底座、機(jī)殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶作為基準(zhǔn)導(dǎo)體），并設(shè)該基準(zhǔn)導(dǎo)體電位為相對零電位，但不是大地零電位，簡稱為系統(tǒng)地。

接地的目的有兩個：

其一是為了安全，稱為保護(hù)接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導(dǎo)致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設(shè)備的安全。其二是為電流返回其源提供低阻抗通道。

B.接地的種類

實際上，各種地線都存在電氣上或是物理上的聯(lián)系，不一定有明確的劃分。在地系統(tǒng)中，有時一個地既承擔(dān)保護(hù)地，又承當(dāng)防雷地的作用；或既承擔(dān)工作地，又承當(dāng)保護(hù)地的作用。而不同功能的地連接，針對的電氣對象不同，其處理方式的側(cè)重點還會有所差異。

C.保護(hù)接地

保護(hù)接地是為了保護(hù)設(shè)備、裝置、電路及人身的安全，防止雷擊、靜電損壞設(shè)備，或在設(shè)備故障情況下，保護(hù)人身安全。因此在設(shè)備、裝置、電路的底盤及金屬機(jī)殼一定要采取保護(hù)接地。

保護(hù)地保護(hù)原理是：通過把帶故障電壓的設(shè)備外殼短路到大地或地線端，保護(hù)過程中產(chǎn)生的短路電流使熔絲或空氣開關(guān)斷開，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人員安全的作用。

D.工作接地

工作地是單板、母板或系統(tǒng)之間信號的等電位參考點或參考平面，它給信號回流提供了低的阻抗通道。信號質(zhì)量很大程度上依賴于工作接地質(zhì)量的好壞。由于受接地材料特性和其他技術(shù)因素的影響，接地導(dǎo)體的連接或搭接無論做的如何好，總有一定的阻抗，信號的回流會在工作地線上產(chǎn)生電壓降，形成地紋波，對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響；信號越弱，信號頻率越高，這種影響就越嚴(yán)重。盡管如此，在設(shè)計和施工中最大限度地降低工作接地導(dǎo)體的阻抗仍然是非常重要的。

5.濾波設(shè)計

A.濾波電路的基本概念

濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，低通濾波器是電磁兼容抑制技術(shù)中普遍應(yīng)用的濾波器。為了減小電源和信號線纜對外輻射，接口電路和電源電路必須進(jìn)行濾波設(shè)計。

濾波電路的效能取決于濾波電路兩邊的阻抗特性，在低阻抗電路中，簡單的電感濾波電路可以得到 40dB 的衰減，而在高阻抗電路中，幾乎沒有作用；在高阻抗電路中，簡單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，在低阻抗電路中幾乎不起作用。在濾波電路設(shè)計中，電容靠近高阻抗電路設(shè)計，電感靠近低阻抗電路設(shè)計。電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達(dá)到自諧振頻率后，由于在導(dǎo)線和電容器電極的電感在電路上與電容串聯(lián)，于是插入損耗開始下降。

B.電源EMI濾波器

電源EMI濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它一端接電源，另一端接負(fù)載。在所關(guān)心的衰減頻帶的較高頻段，可把電源 EMI 濾波器看作是“阻抗失配網(wǎng)絡(luò)”。

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，濾波器阻抗兩側(cè)端口阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線側(cè)的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側(cè)的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對低阻抗的電源側(cè)，應(yīng)配高輸入阻抗的濾波器；對高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)配低輸出阻抗的濾波器。

普通的電源濾波器對于數(shù)十兆以下的干擾信號有較好的濾波作用,在較高頻段,由于電容的電感效應(yīng),其濾波性能將會下降。對于頻率較高的干擾情況，要使用饋通式濾波器。該濾波器由于其結(jié)構(gòu)特點，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴(kuò)展到GHz，因此在無線產(chǎn)品中使用較多。

濾波器的使用，最重要的問題是接地問題。只有接地良好的濾波器才能發(fā)揮其濾波作用，否則是沒有價值的。濾波器使用要注意以下問題：

（1）濾波器放置在電源的入口位置；
（2）饋通濾波器要放置在機(jī)箱（機(jī)柜）的金屬壁上；
（3）濾波器直接與機(jī)柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護(hù)漆；
（4）濾波器的輸入輸出引線不能并行、交叉。

通過上面的EMC的基礎(chǔ)理論分析，我們再進(jìn)行電子產(chǎn)品及設(shè)備的EMC設(shè)計時，我們可以從基礎(chǔ)設(shè)計（屏蔽&接地&濾波）來考慮EMC的問題，節(jié)省我們產(chǎn)品開發(fā)的成本及時間。