EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用課件

1、EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用深圳振華富電子有限公司王立忠 EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用勝利深圳振華富電子有限公司王立忠 EMC電子元器件在電子設(shè)備中的應(yīng)用一、電磁兼容性(EMC)的基本概念 1、電磁兼容的定義 2、電磁干擾的產(chǎn)生 3、電磁干擾的頻段劃分 4、電磁干擾的危害 5、電磁兼容的測(cè)試項(xiàng)目及要求二、振華富EMC電子元器件 1、磁珠 2、磁珠在電路中的應(yīng)用 3、電感 4、電感在電路中的應(yīng)用 5、濾波器 6、濾波器在電路中的應(yīng)用三、實(shí)際參考電路的應(yīng)用 電磁兼容性是設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境“事

2、物”構(gòu)成不能承受的電磁騷擾能力1、電磁兼容性的定義一、電磁兼容性(EMC)的基本概念發(fā)射源產(chǎn)生干擾噪聲的原因a 發(fā)射源的隱性頻率b 發(fā)射源對(duì)接收源所產(chǎn)生的混附波與調(diào)幅干擾c 發(fā)射源的不當(dāng)調(diào)幅調(diào)變輸出d 接收機(jī)本地振蕩噪聲e 時(shí)鐘信號(hào)傳送的衍生噪聲f 電機(jī)裝置如馬達(dá)繼電器g 電力系統(tǒng)如火花電暈噪聲h 閃電雷擊接收源感受干擾噪聲的原因a、接收源射頻頻率選用不當(dāng)造成噪聲滲入干擾b、混附波與調(diào)幅干擾d、電源線噪聲耦合至接收源造成干擾d、電子盒箱柜隔離不佳滲入接收源造成干擾2、電磁干擾的產(chǎn)生3、電磁干擾的頻段劃分4、電磁干擾的危害a、誤操作b、信息丟失c、泄密d、設(shè)備失效e、健康危害5、電磁兼容的測(cè)試項(xiàng)

3、目及要求1、 CE10125Hz10KHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射2、 CE10210KHz10MHz電源傳導(dǎo)發(fā)射3、 CE107電源線尖峰信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)射4、 CS10125Hz10KHz電源線傳導(dǎo)敏感度5、 CS106電源線尖峰信號(hào)傳導(dǎo)敏感度6、 CS11410KHz400MHz電纜束注入傳導(dǎo)敏感度7、 CS11525Hz20GHz電纜束注入脈沖激勵(lì)傳導(dǎo)敏感度8、 CS11625Hz20GHz電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度9、 RE10125Hz100KHz磁場(chǎng)輻射發(fā)射10、RE10210KHz18GHz電場(chǎng)輻射發(fā)射11、RS10125Hz100KHz磁場(chǎng)輻射敏感度12、RS10210KHz40GH

4、z電場(chǎng)輻射敏感度13、RS105瞬變電磁場(chǎng)輻射敏感度二、振華富EMC電子元器件工作原理：通過(guò)發(fā)熱耗散吸收高頻噪聲能量 2.1.1磁珠的特點(diǎn)及工作原理特點(diǎn)：磁珠是一個(gè)耗能元件，阻抗隨頻率變化；在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾；極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生交叉干擾；較小的直流電阻,保證最小的電壓降，同時(shí)可以避免對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生過(guò)大的衰減；有效的工作在幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)；不需要接地，使用時(shí)直接串接在電路上；2.1磁珠2.1.2 磁珠濾除和吸收高頻噪聲的原理圖Z L磁珠工作原理 圖一噪聲減小噪聲大2.1.3 磁珠的參數(shù)阻抗值（Z）額定電流（Ir）直流電阻（DCR） 磁

5、珠的單位是歐姆。因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標(biāo)稱的，阻抗的單位也是歐姆。阻抗Z是磁珠中最重要的參數(shù)，阻抗Z可表示為： ZL = R(f) 2 + L(f) 2 式中：電阻R(f)和L(f)感抗均為頻率的函數(shù)。 阻抗Z的大小與頻率緊密相關(guān)； 阻抗Z值的誤差范圍是： 25% ； 樣本書(shū)上標(biāo)明的阻抗值是在100MHz的測(cè)量值。2.1.4 磁珠的阻抗Z2.1.5 磁珠頻譜曲線圖圖二磁珠的等效電路(a)RacRdcLC磁珠的電路符號(hào)(c)Z LRsLs磁珠的等效電路(b)2.1.6 磁珠的等效電路及符號(hào)圖三2.1.7 磁珠在不同工作電流時(shí)的阻抗頻率特性圖四Initial(No filte

6、r)MLCB2B3216-470BMLCB2B3216-221BMLCB2B3216 has excellent performance for noise suppression and waveform distortion suppression.MLCB2B3216 suppresses drastically not only spectrum level in more than 100MHz range but waveform distortion. Comparing initial waveform,ringinf is supppressed alittleHowever

7、 there stile remains high level waveform distortionRinging is caused on the signal waveformSuch ringing contains several hundred MHz harmonic components and generates noise2.1.8 磁珠對(duì)數(shù)字脈沖信號(hào)干擾的抑制圖五 為了消除電磁干擾，方法之一就是在有源和無(wú)源電子元器件的引線上套上一些很小的管形或環(huán)形的軟磁鐵氧體磁芯，利用鐵氧體材料的電磁損耗機(jī)理有效地消除傳導(dǎo)和輻射的電磁干擾噪聲。這種抗電磁干擾的方法既簡(jiǎn)便又有效，所以獲得了

8、十分廣泛的應(yīng)用。由于串在引線上用于抗電磁干擾的鐵氧體小管或小環(huán)有些像一串珍珠，所以它們得到了一個(gè)很形象化的名稱磁珠（Bead）。2.1.9 早期的磁珠 隨著信息電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，特別是數(shù)字電路的高速發(fā)展，各類電氣、電子產(chǎn)品已進(jìn)入社會(huì)生活的各個(gè)角落。隨著使用頻率范圍日益擴(kuò)展，頻率使用密度日益增加，使得電磁信號(hào)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。更主要的是對(duì)未來(lái)電子設(shè)備和儀器要求微型化、重量輕并便于攜帶，對(duì)元器件的性能要求越來(lái)越高，體積也越來(lái)越小，為了更便于加工生產(chǎn)并要求可靠性更高。疊層片式磁珠的出現(xiàn)是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然結(jié)果。獨(dú)石型一體化的結(jié)構(gòu)，可靠性高；適合雙表面安裝；閉合磁路，漏磁小，無(wú)交互干擾 2.1.10

9、疊層片式磁珠2.1.11 EMC元器件演變歷程系列應(yīng)用特點(diǎn)尺寸范圍阻抗范圍()額定電流Max (mA)RH信號(hào)線大電流線路2.533.592550R6H信號(hào)線大電流線路610350580MLCB信號(hào)線用160845321025001000PB大電流線路160845321010006000CBA信號(hào)線用20103216301000200CMW信號(hào)線用2012901002.1.12 振華富磁珠系列產(chǎn)品2.1.13 電磁干擾抑制部位 時(shí)鐘發(fā)生電路；模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波隔離；I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比如串口,并口,鍵盤(pán),鼠標(biāo),長(zhǎng)途電信,本地局域網(wǎng)）；射頻（RF）電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間

10、；供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾；計(jì)算機(jī),打印機(jī),錄像機(jī)（VCRS）,電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止；2.1.14 磁珠的應(yīng)用場(chǎng)合CPUDRAM2.1.15 MLCB及CAB系列磁珠 在并行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用VMLCBCAB圖六2.1.16 CB系列磁珠在時(shí)鐘電路中的應(yīng)用V正弦波發(fā)生脈沖整形電ZPBZPBZCBZCB圖中 為CB系列磁珠,ZCB為PB系列磁珠dcZPB圖七 一般選擇原則是時(shí)鐘的工作頻率越高選擇磁珠的阻抗越小。根據(jù)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的工作頻率，選型如下表： 選擇磁珠型號(hào)為MLCB系列磁珠選用要考慮電路的工作電流、脈沖電流、瞬態(tài)電流和環(huán)境條件（溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）。 2.1.17

11、 在時(shí)鐘電路中對(duì)磁珠的選型要求工作頻率f(MHz)磁珠阻抗（ ）120 3140 f1001 f40300 120f1 300 f 100f31 并行數(shù)據(jù)線電路中磁珠的選型要求也是根據(jù)工作頻率越高選擇磁珠的阻抗越小的原則進(jìn)行，可參照時(shí)鐘電路中的選型要求。但對(duì)于數(shù)據(jù)線信號(hào)波形上升沿的要求沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)的要求高，故在選擇時(shí)磁珠的阻抗可比時(shí)鐘電路中的阻抗偏大一些，一般增加值為20%，磁珠可選型號(hào)為MLCB和CBA系列。 2.1.18 磁珠在并行數(shù)據(jù)線電路中的選型要求2.1.19 MLCB及CMW系列產(chǎn)品 在串行數(shù)據(jù)信號(hào)線上的應(yīng)用串行碼輸串行通信接口圖八ZPBZPBCMWDCVccPB型磁珠根據(jù)工作電流

12、選用PB型磁珠選用阻抗值小于102.1.20 PB型系列磁珠在電源電路中的應(yīng)用ZPBDC/DCLVoC圖九Io圖中ZPB的選擇要求是磁珠的額定電流大于Io二倍以上，2.1.21 PB系列磁珠在直流供電回路的應(yīng)用L1共模電感601/3A601/2A601/1A0.5A0.2A0.1AVo圖十L差模電感2.1.22 PB系列磁珠在摸擬數(shù)字電源電路中的應(yīng)用ZPB1ZPB2ZPB1ZPB1ZPB2AD1DnVo圖十一Io1Io2Io3C1C22.1.23 PB磁珠在電源電路中的選型要求 a、如圖18所示：圖中ZPB1磁珠是接在正電源到集成電路電源輸入口上，要求靠近集成電路的電源輸入口裝配.器件的選擇以

13、磁珠的額定電流大于電路中Io工作電流二倍以上，阻抗值選3001000 (典型值600 )。 b、接在集成電路接地端的ZPB2磁珠的額定電流也要求大于Io電流二倍以上，阻抗典型值選小于10 。 圖中A電路為模擬電路，D為數(shù)字電路。 c、電路中使用了ZPB1和ZPB2作為電源濾波和接地隔離，達(dá)到了數(shù)字電路和模擬電路之間的隔離要求。 2.1.24 PB及CB系列磁珠在分系統(tǒng)電路板中的應(yīng)用濾波DC/DC信號(hào)控制線輸濾波信號(hào)控制線輸電源輸電源輸輸CBPBPBCB圖十二2.2.1 電感的特點(diǎn)及工作原理2.2電感特點(diǎn)：電感是一個(gè)儲(chǔ)能元件，阻抗隨頻率變化。在紋波噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的紋波干擾

14、。較小的直流電阻,保證最小的電壓降 。有效的工作在幾十Hz到幾十MHz的頻率范圍內(nèi)。可分為共模電感和差模電感；與電容組合構(gòu)成高效的 濾波器。2.2.2 電感的電路符號(hào)L共模電感器電感器L圖十三(3) 電感器的性能參數(shù)電感量L品質(zhì)因數(shù)Q自諧振頻率SRF直流電阻DCR 電感量是電感器的最重要參數(shù)，它是在一定頻率的條件下測(cè)得的電感值，在額定使用條件下和工作頻率范圍內(nèi)它是一個(gè)常量。 它的感抗值Z等于： Z=L 感抗是頻率的函數(shù)，在一定的工作頻率范圍內(nèi)頻率越高感抗越大。 電感在相同感值情況下尺寸越大，可靠性越高。(4)電感量(L)(5) 品質(zhì)因數(shù)Q 品質(zhì)因數(shù)Q是電感器的另外一個(gè)重要參數(shù)，表示電感器的儲(chǔ)能

15、與耗能之比，根據(jù)下面公式可近似計(jì)算： 通常品質(zhì)因數(shù)Q愈大愈好，在選擇電感器時(shí)，要注意： 品質(zhì)因數(shù)Q在產(chǎn)品樣本或送樣的承認(rèn)書(shū)上標(biāo)出的是最小值； 品質(zhì)因數(shù)Q與測(cè)試頻率有關(guān)，產(chǎn)品樣本上對(duì)應(yīng)電感量的Q值均有對(duì)應(yīng)的測(cè)量頻率； 品質(zhì)因數(shù)Q與電感量有關(guān)。Q=RL(6) 自諧頻率SRF 自諧頻率SRF是電感應(yīng)用中值得考慮的一個(gè)重要指標(biāo)，其值越高，說(shuō)明該電感的使用頻率越高。應(yīng)注意： 自諧頻率SRF與材料及其電感量有關(guān)，電感量越大，SRF越??； 產(chǎn)品樣本上給出的SRF表示最小值； 電感在使用時(shí)的頻率應(yīng)小于SRF，同時(shí)考慮電路所需的Q值。(7) 直流電阻DCR 直流電阻DCR是表征電感器的直流或低頻下的一個(gè)參數(shù)。一

16、般地，希望直流電阻DCR愈小愈好，所以： 直流電阻DCR與材料及其電感量有關(guān)，電感量越大，DCR越大； 產(chǎn)品樣本上給出的DCR表示最大值； 低的DCR可以保證最小的電壓降 。(8) 電感與電容組成的各型濾波器圖十四(9) 電感的種類a 外形分類 插件電感 繞線貼片電感 疊層貼片電感b 功能分類 電源濾波電感 高頻振蕩電感 高頻扼流圈 高頻濾波電感LGB系列插件電感圖十四RI系列TI系列LGA系列插件電感的特點(diǎn)通常用較粗的銅線繞在骨架上，絕大多數(shù)都具有引腳；電感量高，品質(zhì)因素Q較高，額定電流大；需通過(guò)手工插件、焊接，安裝效率低；外形尺寸很大、多，暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化；磁路不屏蔽，易產(chǎn)生交互干擾。貼片電感圖

17、十五HWI系列LQH系列NL系列FWI系列貼片電感SD系列SMRH系列SM系列圖十六貼片電感的特點(diǎn)工藝?yán)^承性強(qiáng)，體積小型化；可以自動(dòng)貼裝；具有較高的Q值；磁路有帶屏蔽和不屏蔽兩種，帶屏的能較好的防止輻射和交互干擾。疊層貼片電感器鐵氧體電感陶瓷電感圖十七疊層電感的特點(diǎn)獨(dú)石型一體化的結(jié)構(gòu)，可靠性高；形狀符合EIA標(biāo)準(zhǔn)，適合雙表面安裝；閉合磁路，漏磁小，無(wú)交互干擾 ；電感量較小，電流相對(duì)也小。幾種貼片電感器的比較特性疊層式線繞功率感量范圍中較高中Q值中高低頻率范圍寬（中高頻）寬窄（低頻）體積小中大磁屏蔽Yes濕溫，抗沖擊，高低頻NoYes/No可靠性耐酸堿均穩(wěn)定可靠性差，通常用于中高頻率穩(wěn)定性較好，

18、通常僅用于中低頻率額定電流小中大標(biāo)準(zhǔn)化全中不全EMC主要解決方法屏蔽：振蕩器、混頻器等高速信號(hào)收發(fā)連接電路接地：?jiǎn)吸c(diǎn)及多點(diǎn)，通常低速信號(hào)單點(diǎn)，高速信號(hào)多點(diǎn)印刷板設(shè)計(jì)：按頻率分區(qū)、盡可能縮短引線長(zhǎng)度電磁兼容防范性設(shè)計(jì)：按功能塊將電源、地、輸入、輸出口均采取抗干擾措施進(jìn)行隔離EMI濾波（濾波器件：電感、磁珠、電容、濾波器等）采用表貼元件，縮小輻射面積，縮短互連引線降低工作電壓和電流，縮小輻射功率DC/DCLCIo(17) 功率電感在DC/DC電源電路中的應(yīng)用圖十八RViVo功率電感在DC/DC電源電路中的選擇 電感選用要考慮電路的工作電流，還要考慮電路的脈沖電流、瞬態(tài)電流和瞬態(tài)響應(yīng)的要求盡量選用磁

19、路閉合的電感，避免產(chǎn)生交叉干擾。選擇要求（如圖二十）：A、Io=0.6IsatB、電感量的選擇，根據(jù)電感時(shí)間常數(shù)=L/R得式 L= R式中 R=Vo/Io ， 為恢復(fù)響應(yīng)時(shí)間選用時(shí)要注意頻率的測(cè)試條件。電源輸共模V差模DC/DC三端濾波器圖十九共模電感在DC/DC電源輸入電路中的應(yīng)用Iii a、首先要確認(rèn)濾除的干擾的頻率范圍； b、確定工作電流，一般選擇工作電流Io0.6Isat c、電感量大對(duì)低頻濾波效果好，反之亦然；共模電感在DC/DC電源輸入電路中的選擇圖二十高頻電感在高頻電路中的應(yīng)用12343 濾波器 3.1 濾波器的基本概念RLVORLVO濾波圖二十一 3.2 濾波器電路的類型磁珠電

20、感電容單一元件LC濾波器T型型濾波器共模型濾波器圖二十二 3.3 濾波器的分類低通濾波器高通濾波器fTfTffdBdB帶通濾波器ffdB帶阻濾波器ffTTdB高頻信號(hào)通過(guò)低頻信號(hào)通過(guò)圖二十三3.4.1 ZHF2575型小型管狀濾波器 3.4 振華富濾波器產(chǎn)品外形圖內(nèi)部電路圖外殼12信號(hào)規(guī)格額定電流(A)Max最大電阻()Max電路形式ZHF2575-L101ZHF2575-L103ZHF2575-L105ZHF2575-L108ZHF2575-L110ZHF2575-L2011.03.05.08.010.01.00.25L最小插入損耗（dB）30KHz50KHz150KHz300KHz1MHz

21、10MHz1527365770101010101010LLLLL0.250.250.250.250.2515151515157070707070575757575727272727273636363636 3.4.2 ZHF2575系列濾波器參數(shù)表 表一 直流電源輸VDC/DC三端濾波器圖二十四i ZHF2575濾波器在電源電路中的應(yīng)用ZHF2575直流電源輸V三端濾波器iZHF2575直流電源輸直流電源輸 ZHF2575系列濾波器選擇要求： a、選擇濾波器的額定電流電壓要大于實(shí)際電路工作中的電流和電壓。 b、 確認(rèn)需要濾除的噪聲頻率范圍，按照（表一）的插入損耗參數(shù)選擇對(duì)該噪聲信號(hào)衰減最佳的型

22、號(hào)產(chǎn)品。 3.4.2 MLLC系列型片狀EMI濾波器外形圖三端濾波器圖二十五 3.4.3 MLLC系列型濾波器特性 a、樹(shù)脂封裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。 b、該濾波器為T(mén)型電路，裝配時(shí)中間引線接地，輸入輸出線不分方向。 c、該濾波器體積小重量輕適合高密度安裝。 d、較大的額定電流和額定電壓，可用于直流電源濾波。 e、系列品種多可滿足不同頻段的工作要求。對(duì)電源上的EMI具有良好的抑制效果。圖二十六插入損耗電氣特性圖 3.4.4 MLLC系列濾波器插入損耗電氣特性產(chǎn)品規(guī)格電容量C(pF)C測(cè)試條件（KHz）C測(cè)試電壓（KHz）插入損耗 min (dB) 直流電阻max (m)額定電流max(A)額定電壓DCm

23、ax (V)MLLC807030-220221000.2518107100470471000.25181071001011001000.25201071002212201000.25251071002712701000.25251071004714701000.252510710010210001000.252510710022222001000.2520107100103100001000.2520107100223220001000.2520107100 3.4.5 MLLC807030-XXX系列濾波器參數(shù)表 MLLC系列濾波器在電源輸入電路中的應(yīng)用三端濾波器直流電源輸直流電源輸ViVOIoIi MLLC系列濾波器選擇要求： a、電路中的工作電流Io和電壓Vo小于產(chǎn)品的額定電流電壓。 b、 確認(rèn)需要濾除的噪聲頻率范圍，按照?qǐng)D二十六的插入損耗幅頻特性曲線選擇對(duì)該噪聲信號(hào)衰減最大的型號(hào)產(chǎn)品。 圖二十七 3.4.3 TL系列疊層片式EMI濾波器外形 特性微型化貼片元件、封閉 磁路避免干擾高可靠度、端頭具有良 好的耐熱性 用途適用于抑制高頻頻帶的雜訊、微處理器USB的Vcc電路輸入輸出訊號(hào)線、輸入輸出設(shè)備濾波、直流電源線等。產(chǎn)品規(guī)格電容量C(pF)