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第一篇 电子产品的电磁兼容设计1

第1章 电磁兼容基础知识1

1.1什么叫电磁兼容1

1.1.1电磁兼容的定义1

1.1.2电磁兼容的研究领域2

1.2实施电磁兼容规范的目的2

1.2.1电磁干扰及其危害2

1.2.2国内外电磁兼容技术法规3

1.3电磁兼容起源及其发展3

1.4世界主要国家、地区的电磁兼容管理及实施情况5

1.4.1欧盟5

1.4.2美国6

1.4.3日本6

1.4.4新西兰与澳大利亚6

1.4.5中国台湾地区7

1.5国内电磁兼容的发展与3C认证的电磁兼容要求7

1.6电磁兼容基本名词常用单位术语9

1.6.1基本名词术语9

1.6.2电磁兼容测试中常用单位11

1.7电磁兼容标准构成及其相应要求13

1.7.1国际标准—IEC/CISPR标准13

1.7.2欧盟标准—EN标准13

1.7.3美国FCC法规14

1.7.4中国国家标准—GB、GB/T及GB/Z标准14

1.7.5标准类别14

1.7.6电磁兼容标准要求的主要检测项目15

1.8电磁兼容测试设备和场地16

1.8.1测量接收机16

1.8.2人工电源网络（AMN）18

1.8.3电流探头19

1.8.4电压探头20

1.8.5天线21

1.8.6电磁屏蔽室22

1.8.7电波暗室24

1.9电磁骚扰检测原理及方法25

1.9.1骚扰限值的含义25

1.9.2被测样品（EUT）工作状态的选择26

1.9.3 EUT的配置26

1.9.4传导骚扰电压测试27

1.9.5骚扰功率测量29

1.9.6辐射骚扰场强测量30

1.10电磁抗扰度测量的基本原理和方法32

1.10.1性能降低客观评价方法32

1.10.2性能降低主观评价方法33

1.10.3限值测量法33

1.10.4抗扰性能降低分类及试验结果判别34

1.11本章小结34

第2章 电磁兼容设计概述35

2.1电磁兼容设计方法35

2.2电磁兼容设计的费效比36

2.3电磁干扰形成的三要素36

2.3.1电磁骚扰源36

2.3.2电磁骚扰的耦合途径37

2.3.3电磁骚扰敏感设备37

2.3.4端口37

2.4电磁骚扰源的特性38

2.4.1电磁骚扰（EMI）定义38

2.4.2电磁骚扰源分类38

2.4.3电磁噪声的频谱38

2.4.4电磁骚扰的幅度（电平）39

2.4.5电磁骚扰的波形39

2.4.6电磁骚扰的出现率39

2.5电磁骚扰传播特性40

2.5.1电磁骚扰传播途径40

2.5.2公共阻抗耦合40

2.5.3电源耦合42

2.5.4辐射耦合42

2.6电磁兼容设计要点44

2.6.1抑制电磁骚扰源44

2.6.2抑制干扰耦合45

2.6.3提高敏感设备的抗扰能力45

2.6.4一般原则45

2.7本章小结47

第3章 元器件的选择48

3.1无源器件的选用48

3.1.1电阻的选用49

3.1.2电容的选用49

3.1.3二极管的选用53

3.2模拟与逻辑有源元器件的选用54

3.2.1模拟器件的选择55

3.2.2逻辑器件的选择55

3.2.3 IC插座的选择56

3.2.4散热片的处理56

3.3磁性元器件的选用56

3.3.1共模扼流圈57

3.3.2铁氧体磁珠和铁氧体磁环、磁夹59

3.3.3其他磁性元器件62

3.4开关元器件的选用62

3.5连接器件的选用63

3.6元器件选择一般规则64

3.7本章小结64

第4章 电路的选择和设计65

4.1单元电路设计65

4.1.1放大电路设计65

4.1.2 RAM电路设计65

4.1.3 A/D、D/A电路设计65

4.1.4电源电路设计66

4.1.5集成电路的线路设计66

4.1.6一般屏蔽盒设计66

4.1.7时钟扩展频谱技术67

4.2模拟电路设计68

4.3逻辑电路设计68

4.4微控制器电路设计69

4.4.1 I/O口引脚70

4.4.2 IRQ口引脚70

4.4.3复位引脚70

4.5电子线路设计的一般规则71

4.5.1电源电路设计规则71

4.5.2控制单元电路设计规则72

4.5.3放大器电路设计规则72

4.5.4数字电路设计规则72

4.5.5其他设计规则73

4.6本章小结74

第5章 印制电路板的设计75

5.1 PCB布局75

5.1.1电路板板层的规划原则75

5.1.2元器件布局原则76

5.1.3电路的功能模块布局原则77

5.2 PCB的叠层设计79

5.2.1单面印制电路板的设计80

5.2.2双面印制电路板的设计81

5.2.3单面印制电路板和双面印制电路板几种地线的分析81

5.2.4多层印制电路板的布线设计84

5.3磁通量最小化、镜像平面85

5.3.1磁通量最小化85

5.3.2镜像平面86

5.4 PCB布线86

5.4.1印制电路板与元器件的高频特性87

5.4.2功能分割88

5.4.3基准面的射频电流89

5.4.4布线分离89

5.4.5电源线、地线设计89

5.4.6抑制反射干扰90

5.4.7保护与分流线路90

5.4.8局部电源和IC间的去耦90

5.4.9布线技术91

5.4.10布线策略92

5.5 PCB的地线设计95

5.6模拟—数字混合线路板的设计97

5.7高速电路设计98

5.7.1高速信号的确定98

5.7.2边沿速率问题99

5.7.3传输线效应99

5.7.4传输线效应的解决方法101

5.8印制电路板终端匹配方法102

5.8.1串联终端103

5.8.2并联终端103

5.8.3戴维南终端104

5.8.4 RC网络终端105

5.8.5二极管网络终端105

5.9印制电路板设计的一般规则106

5.9.1 PCB布局106

5.9.2 PCB布线106

5.9.3 PCB设计时的电路措施107

5.10本章小结109

第6章 接地和搭接设计110

6.1接地的基本概念110

6.1.1对接地平面的要求110

6.1.2地线的阻抗110

6.1.3接地的目的111

6.1.4安全接地111

6.1.5电磁兼容接地111

6.2接地的基本方法112

6.2.1浮地112

6.2.2单点接地112

6.2.3多点接地113

6.2.4混合接地114

6.2.5大系统接地114

6.3信号接地方式及其比较115

6.3.1共用地线串联单点接地115

6.3.2独立地线并联单点接地115

6.3.3独立地线并联多点接地115

6.3.4电路系统的分组接地116

6.3.5混合接地116

6.3.6对接地系统的评价117

6.4接地点的选择117

6.5地线环路干扰及其抑制118

6.6公共阻抗干扰及其抑制121

6.6.1公共阻抗耦合的形成121

6.6.2消除公共阻抗耦合121

6.7设备接大地122

6.7.1设备接大地的目的122

6.7.2接大地的方法与接地电阻122

6.8搭接122

6.8.1搭接电阻的要求123

6.8.2搭接的类123

6.8.3搭接面的处理123

6.9搭接及接地设计的一般规则124

6.9.1搭接设计的一般规则124

6.9.2接地设计的一般规则124

6.10本章小结125

第7章 屏蔽技术应用127

7.1屏蔽的基本概念127

7.2屏蔽效能的设计127

7.2.1屏蔽效能的确定128

7.2.2屏蔽效能的预测128

7.2.3金属屏蔽的屏蔽效能128

7.3屏蔽原理129

7.3.1电场屏蔽129

7.3.2磁场屏蔽130

7.3.3电磁场屏蔽131

7.3.4多层屏蔽132

7.3.5屏蔽体的孔缝对屏蔽效能的影响132

7.4屏蔽机箱的设计133

7.5设备孔、缝的屏蔽设计134

7.5.1设计难点136

7.5.2衬垫及附件装配137

7.5.3穿透和开口138

7.5.4结论140

7.6电磁屏蔽材料的选用140

7.6.1电磁密封衬垫140

7.6.2常用的电磁密封衬垫类型142

7.6.3导电化合物142

7.6.4截止波导通风板142

7.6.5导电玻璃和导电膜片144

7.6.6导电镀膜144

7.6.7金属丝网与穿孔金属板145

7.7屏蔽设计的一般规则145

7.7.1屏蔽146

7.7.2结构材料146

7.7.3缝隙146

7.8本章小结147

第8章 滤波技术应用148

8.1滤波器的分类148

8.1.1滤波器的分类方式150

8.1.2信号线滤波器151

8.1.3电源线滤波器151

8.1.4印制电路板滤波器152

8.2滤波器的主要参数153

8.2.1滤波器的主要技术指标153

8.2.2滤波器的衰减特性154

8.3滤波电路的设计155

8.4滤波器的选择158

8.5滤波器的安装158

8.6滤波器的使用场合160

8.8本章小结160

第9章 产品或设备内部布置161

9.1产品或设备内部布局161

9.2产品或设备内部布线163

9.3本章小结165

第10章 导线的分类和敷设166

10.1屏蔽电缆的分类166

10.1.1常用的电缆166

10.1.2电缆连接线的屏蔽效果比较169

10.2导线和电缆的布线设计173

10.2.1电缆布线原则173

10.2.2电缆上干扰的处理174

10.2.3贯穿导体的处理174

10.2.4其他处理方法176

10.3电缆的连接176

10.4导线分类及成束177

10.5电缆连接的设计原则177

10.6本章小结178

第11章 产品电磁兼容设计举例179

11.1开关电源的电磁兼容设计179

11.1.1开关电源的工作原理及电磁骚扰的来源179

11.1.2开关电源电磁骚扰的抑制措施182

11.2时钟电路的设计185

11.2.1通过信号过滤降低电磁干扰185

11.2.2通过控制上升/下降时间抑制电磁干扰186

11.2.3通过使用扩频时钟（SSC）减少电磁干扰186

11.2.4扩展频谱法实际应用189

11.2.5减少时钟脉冲干扰的其他措施191

11.3 USB2.0的EMI和ESD设计192

11.3.1电磁兼容设计192

11.3.2 ESD防护设计193

11.3.3 PCB布线设计193

11.4本章小结194

第二篇 电磁兼容整改措施及对策195

第12章 电磁兼容整改和对策概述195

12.1什么时候需要电磁兼容整改及对策195

12.2常见的电磁兼容整改措施195

12.3电子、电气产品内的主要电磁骚扰源196

12.4骚扰源定位197

12.5本章小结197

第13章 传导发射超标问题对策198

13.1传导骚扰形成机理198

13.2各类传导骚扰的特点及抑制对策198

13.2.1电源输入端骚扰电压199

13.2.2电源输入端断续骚扰201

13.2.3电源输出端、信号端、控制端传导骚扰测量202

13.3本章小结204

第14章 辐射骚扰场强和骚扰功率超标问题对策205

14.1辐射骚扰形成机理205

14.2辐射骚扰的特点及抑制对策205

14.2.1辐射骚扰场强测试超标时问题部位的确定206

14.2.2辐射骚扰场强超标的原因分析208

14.2.3通过辐射骚扰场强测试的措施209

14.3骚扰功率的特点及抑制对策213

14.3.1形成骚扰功率泄漏的骚扰源分析213

14.3.2骚扰功率测试超标的原因分析213

14.3.3通过骚扰功率测试应采取的措施214

14.4本章小结214

第15章 谐波电流和电压闪烁超标问题对策215

15.1谐波电流测量标准介绍215

15.1.1标准的适用范围216

15.1.2设备的分类216

15.1.3谐波电流限值216

15.1.4谐波电流测量仪器218

15.1.5试验条件218

15.2谐波电流发射的基本对策218

15.2.1主动式功率因数校正218

15.2.2被动式功率因数校正218

15.2.3其他解决措施219

15.3谐波电流测试超标解决方案219

15.3.1电感储能电流泵式解决方案219

15.3.2低频谐波电流抑制滤波解决方案219

15.3.3主动式PFC解决方案220

15.3.4谐波问题的其他对策221

15.4电压闪烁的产生及其危害222

15.5电压闪烁测量标准介绍222

15.6电压波动和闪烁的问题对策224

15.6.1静止无功补偿器（SVR）224

15.6.2无源滤波装置225

15.6.3有源滤波器（APF）226

15.6.4动态电压恢复器（DVR）226

15.7本章小结227

第16章 静电放电抗扰度测试问题对策228

16.1静电放电形成的机理及其对电子产品的危害228

16.2电子产品的静电放电测试及相关要求230

16.3电子产品的静电放电对策及设计要点233

16.3.1结构设计234

16.3.2外壳设计234

16.3.3接地设计235

16.3.4电缆设计235

16.3.5键盘和面板237

16.3.6电路设计238

16.3.7印制电路板设计239

16.3.8软件242

16.3.9操作者及其环境242

16.3.10 USB端口的静电放电（ESD）防护243

16.4本章小结243

第17章 辐射抗扰度测试问题对策245

17.1射频辐射干扰形成机理分析245

17.2射频连续波辐射抗扰度（RS）测试及相关要求246

17.2.1试验波形和试验设备246

17.2.2试验等级及其选择247

17.2.3试验布置及实施247

17.3射频辐射抗扰度试验失败原因分析248

17.3.1射频干扰（RFI）传输途径248

17.3.2 RFI对EUT的影响表现形式249

17.3.3 RFI频率与传输途径的关系249

17.3.4 EUT测试失败原因的判断和定位250

17.4电子产品通过射频辐射抗扰度试验的对策251

17.4.1隔离EUT连接电缆的RFI感应251

17.4.2加强EUT外壳的屏蔽252

17.4.3提高EUT内部电路的抗扰性254

17.5本章小结255

第18章 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试问题对策256

18.1快速瞬变脉冲群干扰机理256

18.2电快速瞬变脉冲群测试及相关要求256

18.2.1适用对象及试验目的256

18.2.2试验发生器和试验波形257

18.2.3试验等级及其选择257

18.2.4试验布置257

18.2.5试验方法及实施258

18.3电快速瞬变脉冲群试验失败原因分析259

18.3.1从干扰施加方式分析259

18.3.2从干扰传输方式分析259

18.3.3根据EFT干扰造成设备失效的机理分析259

18.3.4从EFT耦合单元参数分析259

18.3.5从EFT干扰的幅度分析260

18.3.6从EFT干扰传输途径分析260

18.4电子产品通过电快速瞬变脉冲试验测试的对策261

18.4.1抑制EFT干扰的一般对策261

18.4.2 EFT干扰传输环路261

18.4.3针对电源线试验应采取的措施262

18.4.4针对信号线试验应采取的措施263

18.4.5其他端口的防护措施265

18.4.6其他EFT干扰抑制措施265

18.5本章小结265

第19章 浪涌（冲击）抗扰度测试问题对策266

19.1电子产品的浪涌（冲击）损坏机理266

19.1.1浪涌（冲击）的机理266

19.1.2电子产品的浪涌（冲击）损坏机理267

19.2电子产品的浪涌（冲击）抗扰度标准及测试268

19.2.1常用的防雷标准及其适用范围268

19.2.2 GB/T17626.5标准测试要求268

19.2.3 YD/T993标准测试要求简述270

19.2.4 GB3482和GB3483标准测试要求简述271

19.2.5其他电磁兼容标准的浪涌抗扰度要求272

19.3常见的浪涌抑制器件特点及应用272

19.3.1金属氧化物压敏电阻（MOV）273

19.3.2硅瞬变电压吸收二极管（TVS）274

19.3.3气体放电管（GDT）274

19.3.4其他浪涌吸收器件275

19.3.5气体放电管和压敏电阻的串联使用275

19.3.6浪涌抑制器件的正确运用276

19.4电子产品浪涌防护设计279

19.4.1电源端口的浪涌抑制280

19.4.2通信端口的浪涌抑制281

19.4.3天线端口的浪涌抑制281

19.4.4其他信号/控制端口的浪涌抑制282

19.4.5地线反弹的抑制282

19.5本章小结283

第20章 传导抗扰度测试问题对策284

20.1射频传导骚扰形成机理284

20.2射频场感应的传导骚扰抗扰度（CS）测试及相关要求284

20.2.1试验波形和试验设备285

20.2.2试验等级及其选择285

20.2.3试验布置及实施285

20.3传导抗扰度试验失败原因分析286

20.3.1射频干扰（RFI）传输途径286

20.3.2 RFI对EUT的影响表现形式287

20.3.3 RFI频率与传输途径的关系287

20.3.4测试失败原因的判断和问题定位287

20.4电子产品通过传导抗扰度试验的对策289

20.4.1对被测电缆的处理289

20.4.2接口滤波290

20.4.3 EUT外壳的屏蔽290

20.4.4提高EUT内部电路的抗扰性291

20.5本章小结292

第21章 工频（低频）场电磁干扰、抗扰及防护293

21.1工频电磁辐射的危害293

21.2用电设备与工频（低频）场电磁干扰293

21.3用电设备的低频电磁发射要求293

21.3.1测量标准及要求293

21.3.2测试范围294

21.3.3测量方法294

21.4用电设备的低频电磁发射的对策294

21.5用电设备的工频抗扰度要求295

21.5.1工频磁场干扰机理295

21.5.2基础测量标准及要求295

21.5.3其他测量标准及要求296

21.6用电设备的工频磁场抗扰对策297

21.7本章小结298

第22章 电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度测试的对策299

22.1电压跌落、短时中断和电压变化抗扰度测试及相关要求299

22.1.1电压跌落、短时中断和电压变化的产生299

22.1.2试验仪器300

22.1.3试验方法301

22.2针对电压跌落试验的电源过电压、欠电压保护301

22.2.1直流电源的欠电压保护302

22.2.2直流电源的过压保护技术302

22.2.3交流掉电保护302

22.3本章小结303

第23章 电磁兼容整改的可行性和有效性304

23.1整改乱象304

23.2原因分析及相应对策305

23.2.1 EMC整改措施的可行性305

23.2.2 EMC整改措施的有效性308

23.3本章小结309

第三篇 电磁兼容整改案例分析310

第24章 传导骚扰发射类案例分析310

24.1某高频无极灯的电源端子骚扰电压整改案例310

24.2某LED舞台灯的电源端子骚扰电压整改案例313

24.3某超声波清洗机的电源端子骚扰电压整改案例314

24.4某开关电源的电源端子骚扰电压整改案例316

24.5电视机滤波电路位置不当造成电源端子骚扰电压超标的整改案例317

24.6触摸屏滤波器安装不当造成电源端子骚扰超标的整改案例318

24.7某型号LED显示屏的传导骚扰整改案例319

24.8两台机柜之间产生的电磁骚扰整改案例319

24.9某紧凑型荧光灯的谐波电流整改案例321

24.10 PCB地线干扰及抑制对策322

24.10.1地环路干扰323

24.10.2地环路电磁耦合干扰323

24.10.3公共阻抗干扰323

24.11工作在100～500kHz的控制组件地线骚扰整改案例324

24.12本章小结325

第25章 辐射骚扰发射类案例分析326

25.1 LED舞台灯的辐射骚扰场强整改案例326

25.2交互式数字平台的辐射骚扰场强整改案例329

25.3利用扩频调制技术进行辐射骚扰场强整改的案例334

25.4计算机信号线走线方向不合理造成辐射骚扰超标的整改案例337

25.5计算机互连电缆引起的辐射骚扰超标整改案例337

25.6某型号LED显示屏的辐射骚扰场强整改案例338

25.7某便携式DVD产品的骚扰功率整改案例339

25.8本章小结341

第26章 电磁抗扰度类案例分析342

26.1某牙科治疗仪的静电放电整改案例342

26.2手写板的静电放电整改案例343

26.3控制柜的静电放电整改案例344

26.4手持式设备的静电放电整改案例345

26.5电路板复位信号线的静电放电整改案例345

26.6某大型绣花机的电快速瞬变脉冲群整改案例346

26.7房间电加热器的浪涌（冲击）抗扰度整改案例347

26.8本章小结350

附录A 电磁兼容的测试设备和试验场地介绍351

A.1 EMI测量接收机351

A.2人工电源网络351

A.3电流探头352

A.4电压探头352

A.5天线352

A.6电磁屏蔽室352

A.7电波暗室353

A.8开阔场353

附录B EMC故障预测和诊断的简易方法354

B.1没有频谱分析仪（或EMI测试接收机）时354

B.2拥有一台频谱分析仪（或EMI测试接收机）时354

附录C EMC设计如何融入到产品开发的各环节358

附录D 电磁干扰（EMI）问题的诊断步骤361

D.1前言361

D.2正确的诊断361

D.3 EMI初步诊断步骤361

参考文献364