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。
例如將強電和弱電，騷擾電路和敏感電路，信號地和強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，使得差模電感量較小！

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)，計算其輻射強度時，可等效為環(huán)天線，輻射強度由下式計算：

2.線纜和接口連接線的輻射

計算線纜的輻射強度時，將其等效為單極天線，其輻射強度由下式計算：

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入某一區(qū)域。

電磁場通過金屬材料隔離時，電磁場的強度將明顯降低，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度與加屏蔽體之后電磁場的強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柜示意圖，上面的孔縫主要分為四類：

（1）機箱（機柜）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)沒有電纜穿過機箱）。一般可以認(rèn)為，屏蔽機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，在其周圍有較強的磁場。結(jié)果，無意識地將孔洞開在強磁場輻射源的附近。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箱的不同面，避免某一個面的輻射過強。

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.保護接地

保護接地是為了保護設(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，保護人身安全。因此在設(shè)備、裝置、電路的底盤及金屬機殼一定要采取保護接地。

保護地保護原理是：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箱（機柜）的金屬壁上；
（3）濾波器直接與機柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護漆；
（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。