第講電磁騷擾傳輸機理

1、第三章 電磁騷擾傳輸機理翟 麗北京理工大學機械與車輛學院 68915202 第三章 電磁騷擾傳輸機理第三章 電磁騷擾傳輸機理3.1 騷擾源對敏感設(shè)備的干擾模式3.2 電磁騷擾耦合途徑3.3 電磁輻射理論基礎(chǔ)3.4 輻射耦合3.5. 傳導耦合3.6. 容性耦合3.7. 感性耦合3.8. 電導性耦合3.1 騷擾源對敏感設(shè)備的干擾模式電磁騷擾源對敏感設(shè)備的干擾分為共模干擾差模干擾共模干擾和差模干擾正確區(qū)分電纜共模電流與差模電流的重要性差模電流通常等于信號電流或電源電流，但不出現(xiàn)在屏蔽層中。只要由兩根導線形成的環(huán)路面積很小，差模電流產(chǎn)生的輻射在總輻射中占的比例就很小；這是因為兩根導體中的電流產(chǎn)生的輻射

2、效果互相抵消。共模電流在電纜中所有導體上的流動方向相同，也可能包括屏蔽層，并且與信號電流毫無關(guān)系。共模電流經(jīng)有關(guān)的接地網(wǎng)絡(luò)返回，因此，輻射環(huán)路很大，且不受控。結(jié)果是很小的共模電流可以產(chǎn)生很大的發(fā)射信號。電纜共模電流與差模電流3.2 電磁騷擾耦合途徑簡單地分為傳導耦合和輻射耦合兩類電導性(直接接觸)耦合 容性(電)耦合 感性(磁)耦合 輻射(電磁)耦合電導性耦合為干擾的直接傳導，容性和感性耦合主要指近場耦合。以上這些耦合模式都不是單獨出現(xiàn)的，但常是，至少是在低頻帶和中頻帶區(qū)域內(nèi)，其中的某一種模式起支配作用。電磁騷擾耦合途徑分析涉及到的理論電磁輻射主要描述電磁場對任何結(jié)構(gòu)物耦合，可由Maxwell

3、方程導出，其中最常用于數(shù)值計算模型的是天線理論或散射理論 散射理論是基于這樣一個基本原則，即：每個電流都是場之源(對于發(fā)射問題)，每個場都是電流之源(對于接收問題) 天線理論是用于解決耦合問題最通常、最嚴格的理論之一分析傳導耦合最常用的就是傳輸線理論, 電路理論3.3 電磁輻射理論基礎(chǔ)空間輻射電磁波電場天線磁場天線 根據(jù)麥克斯韋方程，變化電場產(chǎn)生磁場，變化磁場產(chǎn)生電場。 設(shè)備內(nèi)每個電路都可能是天線，機殼和電纜都可能是天線的一部分。3.3 電磁輻射理論基礎(chǔ)設(shè)備內(nèi)磁場天線示意圖信號源傳輸線負載組成電流環(huán)路，相當于磁場天線所有信號環(huán)路、電源供電環(huán)路、輸入和輸出環(huán)路,都相當于磁場天線磁場天線電場天線3

4、.3 電磁輻射理論基礎(chǔ)3.3.電磁輻射理論基礎(chǔ)當一個地方的電流或電荷隨時間變化時，就有一部分電磁能量進入周圍空間，這種現(xiàn)象稱為電磁輻射 產(chǎn)生電磁波的輻射源最簡單的方式就是電偶極子與磁偶極子； 實際輻射源都可看成由許多偶極子組成，所產(chǎn)生的電磁波也就是這些偶極子輻射電磁波的合成。電偶極子一段長度比電磁波波長小得多的載流導線電偶極子產(chǎn)生的電磁場 一個半徑a遠小于波長的小環(huán)形載流導線可看成是磁偶極子磁偶極子磁偶極子產(chǎn)生的電磁場 電磁場區(qū)域的劃分最簡單的簡化方法就是考慮這些電磁場從源至物體的距離相對于輻射源的波長是屬于近距離、還是屬于遠距離近場與遠場 波阻抗的概念波阻抗電場為主 E 1/ r3 H 1

5、/ r2磁場為主 H 1/ r3 E 1/ r2平面波 E 1/ r H 1/ r377/ 2到觀測點距離 rE/H1、器件選型和PCB板的EMC設(shè)計(1) 元 器 件 選 擇 和 布 局 選 擇 EMC 性 能 好 的 元 器 件 , 并 盡 量 選 擇 表 面 貼 裝的 封 裝 形 式 。 器 件 合 理 布 局 , 把 相 互 有 關(guān) 的 器 件 盡 量 放得 靠 近 些 , 使 各 部 件 之 間 的 引 線 盡 量 短 。 特 別 是 微 控 制器 和 CAN 控 制 器 的 時 鐘 源 晶 體 , 一 定 要 按 規(guī) 定 放 置 , 否則 會 不 起 振 。 應(yīng) 把 模 擬 電 路

6、 和高速數(shù)字電路合理地分開, 使相 互間 的 信號 耦合為 最小 。CAN總線系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計 線路板的兩種輻射機理差模輻射共模輻射電流環(huán)桿天線Emission from Differential Mode CurrentA loop antenna地線電位示意圖 2mV200mV2mV 10mV10mV 20mV20mV 100mV100mV 200mV(2) 合 理布 局 地 線 , 降 低 地 線 阻抗 地 線 電平是所有信號的 參考電位。 理想狀態(tài)下, 電路板上所有的 地線 應(yīng)該等電位, 但是由 于 地 線 阻抗 的 存 在導 致地線 各點 電位有差異 , 所以 應(yīng)該盡量減小 地線

7、阻抗 。 最有效的 辦 法是做多 層 板, 在 中 間 專門 設(shè)置一層地 線 面。但是多 層板成本較高, 本系 統(tǒng)中 使用 了 雙層 板, 在 雙層 板的 布 線 面布置了 盡量多 的 平行地線 , 一面是水平線 , 一面是垂直線 , 然 后 在 它們 交叉的 地方用 過孔連接起來, 形 成地線 網(wǎng) 格。CAN總線系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計印制板布局和布線 在印制板布局時，應(yīng)先進行物理分區(qū)和電氣分區(qū),確定元器件在板上的位置，然后布置地線、電源線，再安排高速信號線，最后考慮低速信號線。 布局時,首先作好不兼容分割,元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進行分組，以免相互騷擾。根據(jù)

8、元器件的位置可以確定印制板連接器各個引腳的安排。所有連接器應(yīng)安排在印制板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，減少共模輻射。其次,在安裝,受力,受熱和美觀等方面應(yīng)滿足要求. 印制板布局和布線（1）電源線 在考慮安全條件下，電源線應(yīng)盡可能靠近地線，以減小差模輻射的環(huán)面積，也有助于減小電路的干擾。 （2）時鐘線、信號和地線的位置 信號線與地線距離應(yīng)較近，形成的環(huán)面積較小。(3) 穩(wěn) 定 電 源（噪聲電流、噪聲電壓）(4) 降 低 信 號 線 間 串 擾 在 布 線 時, 盡 量控制 走線 的 長 度 , 加 大 線 路 的 寬 度 和線 間 距離, 以 減小 線 路的 電感。 重要信號線 和 地線 之間

9、 安裝濾波電容, 以 提高信號質(zhì)量。 CAN總線系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計2、電 磁輻 射和 電 磁屏 蔽 CAN 總 線 電 纜具 有很 強 的 干擾輻 射和 干擾接收能力 。 電場在電纜中 感應(yīng)出 共模電壓, 而磁場在電纜中 既可以 感應(yīng)出 共模 電 壓 , 也 可以 感應(yīng)出 差 模 電壓。 通過屏 蔽可以 將電磁場的 感應(yīng)干擾降低到 最小 , 而使用 雙絞線 則 進一步 抑制 了 磁 場 感應(yīng) 的 差 模電 壓 。 雙絞 線的 兩根線 之間 具有很 小 的 回 路 面積 , 而 且雙 絞線 的 每兩個相 鄰 回 路上感應(yīng)出 的 電流具有相 反的 方向 , 相 互 抵消 。CAN總線系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計3、傳導 干擾和 信號 濾波與 隔 離瞬 態(tài) 干 擾 的 形 式 有 : 電 機 狀 態(tài) 改 變 時 產(chǎn) 生 的電 快 速 脈 沖 群 干 擾 、 雷 電 或 大 功 率 開 關(guān) 在 電 纜 上 產(chǎn) 生 的浪 涌 、 靜電 放 電 感應(yīng) 等 。 傳 導 干 擾 以 共 模 形 式 居 多 , 也 有部 分 為 差 模 干 擾 。CAN 總 線 電 纜 是 傳 導 干 擾 傳 播 的 一 個 重 要 途 徑 , 在系 統(tǒng) 中 為 保 證 CAN