EMC测试

一。

电容滤波的两个要点
电容在EMC设计中非常重要，也是我们常用的滤波元件！但在我培训的过程中发现，大家对电容的使用并不是很明确！这里我把电容滤波的两个要点介绍一下：

1、电容滤波是有频段的，很多人以为电容是越大越好，其实不然，每个电容有一定的滤波频段，大电容滤低频，小电容滤高频，主要是根据电容的谐振频点来决 定，电容在谐振频率点处有最佳的滤波效果！在以谐振点为中心的一段频段之内有较好的滤波效果，其他部分滤波效果不佳！电容的谐振点与电容的容值以及 ESL（等效串联电感）相关，具体大家可以查一下网上资料，以及会议学校学习串联谐振电路的理论分析就会知道！通常我们建议在电源端口增加UF级别电容来 滤波几百 KHZ到5MHZ之间的差模干扰，原因就是UF级别电容谐振点在1MHZ左右。另外建议加在高频数字电路上我们建议加1nF贴片电容，原因就是1nf电容 的谐振频率在100MHZ之间，不同厂家谐振频点有所不同，这样比较好滤波几十MHZ到200MHZ干扰，有利与EMI问题解决！

2、电容选好了，不代表就能滤除干扰！河水泛滥，到达高水位，这时我们往往会增加一条沟渠引流，那么引到的地方必须是一个低水位的，如果引到一个高水位的 水库的话，反而会引起水倒灌，抬高水位。电容滤波与治水问题是一样得，电容只是起到一个沟渠得作用，能否滤波还取决与电容接的地上干扰的大小。我们经常发 现工程师解决干扰问题加电容没有效果，有很大程度是地上干扰本身很大！反而把地上干扰引到信号或电源上来！大家需要注意，地上干扰在有些情况小并不是最小 的！所以我们强调滤波有一个重要的基础，就是所接的地要干扰小，就是通常说的“静地”。

所以说，我们采取电容滤波时要达到滤波效果，必须选取合适的电容以及接干扰比较小的地！电容可以根据器件手册与经验，干扰小的地可以在调试时采取仪器方法，有经验工程师在前期原理图以及PCB时要考虑。
二。谈到EMC, 首先想到的就是接地！

  EMC，包括EMI/ESD的问题，通常80-90%与接地设计有关。而最容易出现EMI/ESD问题的就是所谓模拟、数字及电源等接地分区以及接地方式。

其实分割地的问题对EMC设计来讲本来不应该是个问题，分割地其实并不应该是EMC设计的要求。但是，相信大家一定读了不少的有关EMC设计的书籍。可以 这么说，有些EMC书籍中，大讲什么分割模拟地、数字地以及电源部分等在EMC设计中的重要性，以及如何进行模拟、数字及电源等部分的分区及分区的EMC 设计。从某种意义上说，其实是本末倒置，没有真正理解接地及EMC设计的精髓。根据笔者的经验，在与输出端口相连的情况下，在初次设计时，分割地-比如模 拟音响地与系统地单点接地-出现EMI/ESD问题的几率几乎是100%。

从理论上讲，地线分区违背了EMC设计的最基本准则。但是在某些情况下，不同电路及地线的分区又是必须的，这是为什么呢？

  首先，我们应该先理解为什么地线分区违背了EMC设计的最基本准则。

所谓的“地“其实主要分为两类：安全地和信号地。

安全地通常是指设备通过低阻通路连接到我们说到的大地（Earth)的地线。I 类设备中的金属外壳通常是连接到安全地，然后通过电源地线连接到大地。安全地，顾名思义，通常与设备的可接触金属部分连接，为设备提供安全保护，防止触电 事故发生的。 II 类设备中，因为没有安全地，其所有的接地都可被认为是信号地。对于信号地，通常又被划分为什么数字地、模拟地及电源地等。在有安全地时，通常情况下，是跟 信号地相短接的。

请特别注意：EMC中EMI噪声和ESD放电点荷都是参考于大地(Earth)的！

三。接地
接地是产品安规设计和电磁兼容（） 设计的一个极重要的问题;接地的定义是电流回流的最小阻抗路径。哪条通路阻抗小，电流就往哪条路去，这一条提示我们注意：接地的导通通路未必就是我们所认 为所设计的那条路径，因为那条路径可能不是最小阻抗的，千万不要想当然认为我给你画出了路子，你就必须得走。所以电路设计中，要有意识的将可能但我们不希 望产生电流接地通路的地方cut掉，让电流走唯一的路径到地，我们设计的措施也将会针对性强得多。设计例子，电路板的安装柱一般用金属的，并且习惯性的接 到金属壳上去，将电路板的信号地和外壳保护地接了起来，此方法正确与否下面会有专题探讨，这里只说一点，安装柱一般不会只有一个，这样的原因，电流的回流 路径就可能不止一个了。信号连接器的外壳是否接地、屏蔽电缆层是否接地、金属机箱的各组成壳体之间的接触是否良好、外壳或固定电路板的金属安装板之间的连 接阻抗是否足够低，等等地方都会涉及到这个问题。所以地通路要做被设计者玩弄于股掌之间，运筹于帷幄之内。

地有几个作用，在不同的地方作用可能不同，要识别清楚，因为不同用途的设计重点可能不同。地主要有三个作用，信号回流、平衡电位、泄放电流。区别在哪呢？

回流就是去流信号要从地线回来，地线的阻抗大了会产生压降引起信号失真、信号和地组成的环路会引入空间辐射干扰(右手定则可以分析出来)、非独立地线(公 用地线)会因为甲信号的波动导致地线漂移，而乙信号受到影响。如下图：GA段和AB段是公共阻抗，电路1、电路2、电路3流经公共阻抗的回流信号会导致地 线基准发生飘移，如果电路1和电路2之间发生了信号的传递，地线基准的不同将引起信号数据的失真。这个就是多点接地、单点接地、混合接地的问题。

如果是平衡电位的，地线各部分之间导通电阻就要足够小，不然不能做到地电位的均衡性。如果是泄放电流的，就要保证入地阻抗足够低，并且地线要能耐大电流，比如防雷接地的地线。

另一个就是静电接地和普通接地的区别。一提到接地，都是阻抗越低越好，但对静电接地不然，静电接地阻抗一般在1M-1000M欧姆，原因是阻抗太高等同于 绝缘，积累的电荷泄放不掉，这个道理与普通接地无异，但导通阻抗太低，泄放得太快也不是好事，因为在有用电路上积累的静电荷，如果瞬间泄放的话，会导致不 可控的电路上有瞬间尖峰电流通过，对芯片内部的走线、PCB的信号线、电气接触的触点等地方会产生影响，导致不可见的累积性损伤，当时看不出来，日久年深 出现问题，比如电容的漏电流超标就可能是其一个可能的后果。

虽然地的作用都是把电荷导入大地，那是否保护接地、防雷接地、信号接地是否可以接到一起。答案自然是不能，原因何在？雷电浪涌的释放电流偏大，瞬间释放， 即使导通阻抗再低，也会产生很大压降，这个电压对其它弱信号的影响就大了。另外，这个电荷瞬间泄放不掉的话，还会反激到其他电路中去。打雷时家里电器被毁 有一些就是这个因素。

接地设计还有个容易产生问题的误区，接地线本身如果仅是一根铜线的话，虽然导通阻抗不高，但万用表测出的仅仅是直流电阻，而线缆上是有电感的，低频或直流 时候，电感效应不明显，在高频的时候，接地线的高频阻抗就很大了，地线上的高频干扰不能被及时泄放掉，于是会产生电磁兼容问题，因为地线的波动会与信号端 产生差模干扰。一般的专业接地设备、或在电磁兼容实验室里，接地都用扁平金属蛇皮电缆或宽的铜皮，其道理就是减小地线的电感效应，达到低高频阻抗的目的。 这是一个高频思维的问题，要把它和直流思维分开。

多点接地、单点接地、混合接地到底哪一个好，给出一个经验型的参考来。首先鼓励单点接地，但当单点接地情况下，地线的长度大于或等于线上信号波长的1/20的时候，就不能单点接地了，要换成多点接地，且接地点之间的距离不超过信号波长的1/20。

曾经碰到过这样一个案例，A设备接地良好，单机调试ok，在机房与B机信号电缆相连，只要一连上，空开就跳闸，漏电流超标，两台设备单独用时都没问题。这 是一个系统接地和单机接地的问题。这在具体设计时候进行控制和分析即可，没有太特别的地方。只是注意尽量不要为其他设备提供辅助电源，尽量考虑现场接地不 良情况下对机器可能的影响，因为接地不良经常存在。

安全接地、工作接地(数字地、模拟地、功率器件地)、防浪涌接地(雷击浪涌、上电浪涌)、防静电接地。

低频接地 ≠ 高频接地。即低阻抗的接地要分析是属于高频还是低频的接地。地稳定是比较好理解的，一般来说，接地阻抗足够低的话，地电流泻放容易，就如一个超大的电容，电荷的海洋，具有无限宽广的胸怀，多少进来都波澜不惊。

地均衡 对于一个信号来说，有用部分是两条线上的压差，如果地线漂移了，两条线上对地线的压差同等的上升或下降，即差模电压值维持不变，共模电压发生变化，其实电路功能是照常实现的，距离远近的不同，肯定会导致产生静电感应的压差。这 时候用一块金属板隔一下的话，即使该金属板浮空，对金属板后面的电路板来说，感应的将是均匀的电场，虽然感应干扰仍然存在，但起码电路上是基本均衡的。当 然如果此金属板接地更好啦。当然共模电压一般不会维持住，因为传输线的阻抗不均匀，往往会转成差模电压干扰，地均衡的问题最好不要让我们面对，但没办法的 时候，如浮地设备，不得不受到静电冲击的电路板，防护时候要考虑地均衡问题。高频下大阻抗接地了，基本不能实现高频下的可靠导通。
四。一些电磁兼容基础知识，供大家参考！
在我们与硬件工程师交流过程中，往往发现对电磁兼容基础知识的缺乏，因此在这里给大家贴上一些基本要点，供大家设计时参考！希望能够对大家有用！

1. 为什么要对产品做电磁兼容设计？
答：满足产品功能要求、减少调试时间，使产品满足电磁兼容标准的要求，使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。

2. 对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行？
答：电路设计（包括器件选择）、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。

3. 在电磁兼容领域，为什么总是用分贝（dB）的单位描述？
答：因为要描述的幅度和频率范围都很宽，在图形上用对数坐标更容易表示，而dB 就是用对数表示时的单位。

4. 为什么频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰？
答：因为频谱分析仪是一种窄带扫频接收机，它在某一时刻仅接收某个频率范围内的能量。而静电放电等瞬态干扰是一种脉冲干扰，其频谱范围很宽，但时间很短，这样频谱分析仪在瞬态干扰发生时观察到的仅是其总能量的一小部分，不能反映实际的干扰情况。

5. 在现场进行电磁干扰问题诊断时，往往需要使用近场探头和频谱分析仪，怎样用同轴电缆制作一个简易的近场探头？
答：将同轴电缆的外层（屏蔽层）剥开，使芯线暴露出来，将芯线绕成一个直径1~2 厘米小环（1~3匝），焊接在外层上。

6. 测量人体的生物磁信息是一种新的医疗诊断方法，这种生物磁的测量必须在磁场屏蔽室中进行，这个屏蔽室必须能屏蔽从静磁场到1GHz 的交变电磁场，请提出这个屏蔽室的设计方案。
答：首先考虑屏蔽材料的选择问题，由于要屏蔽频率很低的磁场，因此要使用高导磁率的材料，比如坡莫合金。由于坡莫合金经过加工后，导磁率会降低，必须进行 热处理。因此，屏蔽室要作成拼装式的，由板材拼装而成。事先将各块板材按照设计加工好，然后进行热处理，运输到现场，十分小心的进行安装。每块板材的结合 处要重叠起来，以便形成连续的磁通路。这样构成的屏蔽室能够对低频磁场有较好的屏蔽效能，但缝隙会产生高频泄漏。为了弥补这个不足，在坡莫合金屏蔽室的外 层用铝板焊接成第二层屏蔽，对高频电磁场起到屏蔽作用。

7. 设计屏蔽机箱时，根据哪些因素选择屏蔽材料？
答：从电磁屏蔽的角度考虑，主要要考虑所屏蔽的电场波的种类。对于电场波、平面波或频率较高的磁场波，一般金属都可以满足要求，对于低频磁场波，要使用导磁率较高的材料。

8. 机箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影响以外，还受什么因素的影响？
答：受两个因素的影响，一是机箱上的导电不连续点，例如孔洞、缝隙等；另一个是穿过屏蔽箱的导线，如信号电缆、电源线等。

9. 屏蔽磁场辐射源时要注意什么问题？
答：由于磁场波的波阻抗很低，因此反射损耗很小，而主要靠吸收损耗达到屏蔽的目的。因此要选择导磁率较高的屏蔽材料。另外，在做结构设计时，要使屏蔽层尽量远离辐射源（以增加反射损耗），尽量避免孔洞、缝隙等靠近辐射源。

10. 在设计屏蔽结构时，有一个原则是：尽量使机箱内的电缆远离缝隙和孔洞，为什么？
答：由于电缆近旁总是存在磁场，而磁场很容易从孔洞泄漏（与磁场的频率无关）。因此，当电缆距离缝隙和孔洞很近时，就会发生磁场泄漏，降低总体屏蔽效能。
五。

EMC整改案例－电容在静电整改中的应用

产品名称：电脑一体机

功能特点描述：该设备将电脑的主机和显示器集成在了一起

问题描述：该设备为进入欧洲市场，作为单独的产品做静电测试时，标准要求满足EN55024要求，未能通过静电测试。

测试配置：过程记录：

1、 原始数据。

静电抗干扰能力很差，只能达到2kv量级，超过2kv，水平和垂直耦合板和前面触摸板接触放电都会造成机器重启。

2、 测试结果分析：

仔细研究机器的结构，发现复位，开关，和音量信号都在前面触摸板控制，并且触摸板有一条比较长的排线和主板连接，并没有做滤波处理，据测试结果的分析，怀疑是静电产生的高频电磁干扰造成复位信号的误动作。经过现场定位，在靠近主板端拔掉排线，机器可以通过正负4KV的测试，在靠近触摸板端拔掉排线，则机器仍然只达到正负2KV的量级。由此可以证明前面的怀疑是正确的！

3、 整改方法：

在主板上和触摸板连接的排线连接器各pin增加100pF的滤波电容，并在排线上增加一个磁环；

4、 结论：

通过在在主板上和触摸板连接的排线连接器各pin增加100pF的滤波电容，并在排线上增加一个磁环后可以满足EN55024标准的静电测试要求。

结论：在静电的测试中，有时是由于空间的高频干扰引起的机器误动作或死机，在遇到静电的问题时首先定位导致机器误动作或死机的原因，然后进行对策。

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