電磁兼容技術
電磁兼容技術
《電磁兼容技術》從電磁兼容基本概念入手，介紹了電磁兼容的基本概念、發展歷史、常用術語以及電磁兼容標準；在電磁兼容的電磁原理中，介紹了相關的電磁基本原理，電磁輻射與散射，傳導耦合以及瞬態干擾；闡述了電磁兼容預測技術，包括干擾源、敏感源以及耦合途徑的數學模型，預測流程和步驟，以及相關的電磁兼容預測軟體。
介紹了電磁兼容工程方法，主要包括接地、搭接、屏蔽和濾波的基本方法和具體應用；介紹了電兼容的應用，瞬態干擾的抑制技術，包括pcb(印製電路板)設計、生物電磁效應以及電磁輻射防護；介紹了頻譜管理與頻率指配，包括頻率的劃分與使用，頻率的指配技術、方法以及指配效果評估；介紹了電磁兼容測量方法、電磁兼容測量場地與設備以及電磁兼容測量的實施等。
第1章 電磁兼容技術概述 1
1.1 電磁兼容的概念 1
1.1.1 電磁干擾 1
1.1.2 電磁干擾(EMI)對電氣、電子設備的危害 4
1.1.3 電磁兼容的含義 8
1.1.4 電磁兼容性的實施 9
1.1.5 電磁兼容技術的發展 9
1.2 電磁兼容技術術語 11
1.2.1 一般術語 11
1.2.2 干擾術語 12
1.2.3 發射術語 13
1.2.4 電磁兼容性能術語 14
1.3 電磁兼容的工程方法 16
1.3.1 電磁兼容性的工程分析方法 16
1.3.2 電磁兼容性控制技術 17
1.3.3 電磁兼容性分析與設計方法 21
1.3.4 電磁兼容性測量與試驗技術 26
1.4 電氣、電子產品的EMC設計 31
1.4.1 EMC的設計方法 31
1.4.2 EMC的設計步驟 34
1.4.3 EMC設計的理論基礎和EMC管理 35
1.4.4 預測及解決EMI問題的流程 35
1.5 EMC設計的基本過程 38
1.5.1 EMC設計的措施 38
1.5.2 產品EMC設計的技術 38
1.5.3 EMC設計與產品開發關係 39
1.5.4 系統級EMC設計 41
1.6 電磁兼容標準 44
1.6.1 與電磁兼容技術標準有關的組織機構 44
1.6.2 我國的電磁兼容技術標準體系 46
1.6.3 電磁兼容技術標準與規範的內容特點 51
1.6.4 電磁兼容認證 52
1.7 各種信號的頻譜分析 53
1.7.1 信號的分類 54
1.7.2 信號的時域分析與頻域分析 55
1.7.3 傅里葉變換的應用 63
1.8 分貝的概念與應用 64
1.8.1 分貝的定義 64
1.8.2 分貝的應用 66
第2章 屏蔽技術 68
2.1 電磁屏蔽原理 68
2.1.1 電磁屏蔽的類型 68
2.1.2 靜電屏蔽 68
2.1.3 交變電場的屏蔽 69
2.1.4 低頻磁場的屏蔽 70
2.1.5 高頻磁場的屏蔽 71
2.1.6 電磁屏蔽 72
2.2 屏蔽效能 73
2.2.1 屏蔽效能的表示 73
2.2.2 屏蔽效能的計算 74
2.3 磁屏蔽材料的特性 78
2.3.1 導磁材料 78
2.3.2 導電膠與導磁膠 79
2.3.3 電磁屏蔽的結構 79
2.4 孔縫泄漏的抑制措施 81
2.4.1 裝配面處接縫泄漏的抑制 82
2.4.2 通風冷卻孔泄漏的抑制 83
2.4.3 觀察窗口(顯示器件)泄漏的抑制 85
第3章 濾波技術 87
3.1 電磁干擾濾波器 87
3.2 濾波器的分類及特性 90
3.2.1 反射式濾波器 90
3.2.2 濾波連接器 95
3.2.3 鐵氧體抑制電磁干擾的應用 95
3.3 電源線濾波器 97
3.3.1 共模干擾(騷擾)和差模干擾(騷擾)信號 98
3.3.2 電源線濾波器的網路結構 98
3.3.3 電源線濾波器的安裝 99
3.4 微波濾波器 101
3.4.1 微波濾波器概述 101
3.4.2 低通原型濾波器 104
3.4.3 頻率變換 107
第4章 接地和搭接技術 113
4.1 地迴路干擾 113
4.1.1 接地公共阻抗產生的干擾 113
4.1.2 接地電流與地電壓的形成 114
4.1.3 地迴路干擾 115
4.2 抑制地迴路干擾的技術措施 116
4.2.1 接地點的選擇 116
4.2.2 差分平衡電路 118
4.2.3 隔離變壓器 119
4.2.4 縱向扼流圈 120
4.2.5 光電耦合器 121
4.3 接地及其分類 121
4.3.1 接地的概念 121
4.3.2 接地的要求 122
4.3.3 接地的分類 122
4.4 安全接地 122
4.4.1 設備安全接地 123
4.4.2 防雷接地 123
4.4.3 安全接地的有效性 123
4.5 信號接地 124
4.5.1 單點接地 124
4.5.2 多點接地 126
4.5.3 混合接地 126
4.5.4 懸浮接地 127
4.6 搭接技術 128
4.6.1 搭接的概念 128
4.6.2 搭接的有效性 129
第5章 線路板設計EMC技術 131
5.1 元器件的選擇 131
5.1.1 常用元器件的選擇和電路設計 131
5.1.2 有源器件敏感度特性和發射特性 136
5.2 線路板上的電磁騷擾輻射 138
5.2.1 共模輻射與差模輻射 138
5.2.2 差模輻射 139
5.2.3 共模輻射 141
5.3 表面安裝技術(SMT) 143
5.3.1 表面安裝技術的發展 143
5.3.2 新型片式器件的發展 144
5.3.3 高密度電子組裝技術 145
5.4 PCB的原理設計 145
5.4.1 PCB設計的準備工作 145
5.4.2 PCB的分區 146
5.4.3 混合信號PCB的分區設計 148
5.4.4 PCB內元器件的布局、互連與電磁兼容設計 149
5.5 PCB的設計 150
5.5.1 單面板 151
5.5.2 雙面板 155
5.5.3 單面板和雙面板幾種地線的分析 155
5.5.4 多層板 156
5.5.5 PCB布局的基本原則 161
5.5.6 PCB設計規範 163
5.5.7 PCB的高頻輻射 167
5.6 PCB布線設計 168
5.6.1 PCB布線設計的ESD抑制準則 168
5.6.2 PCB布線設計基礎 169
5.6.3 PCB布線設計的基本原則 171
5.7 PCB分層設計 177
5.7.1 PCB分層設計的必要性 177
5.7.2 PCB分層設計 177
5.7.3 多層PCB分層共同原則 178
5.7.4 多層板布線層 178
5.8 時鐘電路的EMC設計 180
5.8.1 高頻時鐘電路 180
5.8.2 阻抗匹配方法 183
5.9 高速電子線路 184
5.9.1 高速電子線路的信號完整性設計 184
5.9.2 避免傳輸線效應實現信號完整性 189
5.10 PCB I/O電路的EMC設計 191
5.10.1 PCB I/O電路EMC設計 191
5.10.2 PCB I/O連接的結構設計 194
5.11 背板I/O電路的EMC設計 196
5.11.1 背板I/O電路的連接設計 196
5.11.2 背板I/O電路的結構設計 196
5.11.3 背板連接的設計經驗 197
第6章 電纜設計 198
6.1 傳導耦合 198
6.1.1 電容性耦合 198
6.1.2 電感性耦合 202
6.1.3 電容性耦合與電感性耦合的綜合考慮 203
6.2 高頻耦合 205
6.2.1 均勻傳輸線方程及工作特性 205
6.2.2 傳輸線阻抗與狀態參量 209
6.2.3 無耗傳輸線的狀態分析 211
6.3 輻射耦合 215
6.3.1 基本振子的電磁場分佈 216
6.3.2 輻射耦合 219
6.4 干擾耦合的抑制措施 220
6.4.1 電容性耦合干擾抑制措施 220
6.4.2 電感性耦合干擾的抑制措施 220
6.4.3 輻射干擾耦合的抑制措施 221
第7章 瞬態干擾的抑制 224
7.1 電快速瞬變脈衝群(EFT) 225
7.1.1 EFT概述 225
7.1.2 EFT干擾的抑制 228
7.2 雷擊浪涌 229
7.2.1 直擊雷、感應雷與浪涌 230
7.2.2 雷擊與瞬變脈衝電壓 232
7.2.3 雷害的防護 233
7.3 靜電放電(ESD)產生的電磁干擾 236
7.3.1 ESD的基本概念 236
7.3.2 直接放電和間接放電 239
7.3.3 對ESD防護的設計技術 240
7.3.4 多層印製板防止ESD技術 241
7.4 抑制瞬變騷擾的常用器件 244
7.4.1 氣體放電管 244
7.4.2 壓敏電阻 245
7.4.3 電壓瞬變吸收二極體(TVS) 247
7.4.4 幾種抑制瞬態騷擾器件的比較 248
第8章 電磁兼容預測技術 250
8.1 概述 250
8.1.1 電磁兼容性預測基本原理 250
8.1.2 電磁兼容性預測的基本方程 251
8.1.3 電磁兼容性預測數學方法概述 251
8.1.4 電磁兼容預測分析的步驟和作用 253
8.1.5 系統級電磁兼容研究中的關鍵問題 254
8.2 電磁兼容性預測的數學模型 255
8.2.1 干擾源模型 256
8.2.2 敏感設備模型 258
8.2.3 耦合途徑模型 260
8.2.4 電磁兼容建模中的關鍵問題 262
8.3 電磁兼容性預測演演算法 262
8.3.1 幅度篩選 263
8.3.2 頻率篩選 264
8.3.3 詳細分析 264
8.3.4 性能分析 265
8.4 電磁兼容性預測軟體介紹 266
8.4.1 電磁兼容預測軟體概述 266
8.4.2 國外EMC預測軟體 268
8.4.3 Ansoft HFSS 269
8.4.4 ANSYS FEKO 273
8.4.5 國內EMC預測軟體 274
第9章 電磁干擾的診斷與解決技術 277
9.1 樣機(模型)和鑒定階段中的電磁干擾問題 277
9.1.1 實際的電磁干擾(EMI)問題 278
9.1.2 符合規範的問題 278
9.1.3 安排好開發/預測試的順序 278
9.2 檢查是否符合發射規範 279
9.2.1 測試場所的最低要求 279
9.2.2 儀器設備 280
9.2.3 待測設備(EUT)/樣品的安裝 282
9.3 符合抗干擾性規範的檢測 283
9.3.1 測試場合的最低要求 283
9.3.2 傳導敏感性測試的準備工作 283
9.3.3 瞬變脈衝群(EFT)干擾測試 284
9.3.4 ESD測試 286
9.4 現場電磁干擾問題的排查 287
9.4.1 排查的準備 288
9.4.2 現場檢查 288
9.4.3 診斷、排查電磁干擾故障問題的“強制損壞”技術 289
9.5 診斷、排查電磁干擾問題的思路概括 289
9.5.1 診斷、排查電磁干擾故障的過程 290
9.5.2 診斷、排查電磁干擾故障問題的流程 291
第10章 EMC測量 294
10.1 EMC試驗概述 294
10.1.1 EMC試驗在測試學科中的重要位置 294
10.1.2 EMC測量標準 295
10.2 EMC測量設備 296
10.2.1 電磁干擾測量設備 297
10.2.2 電磁敏感度測量設備 302
10.3 EMC測量方法 305
10.3.1 EMC測試簡介 306
10.3.2 EMC測試準備 307
10.3.3 傳導發射測試 309
10.3.4 輻射發射測試 314
10.3.5 傳導抗擾度測試 316
10.3.6 輻射抗擾度測試 320
10.3.7 諧波電流發射試驗IEC61000-3-2/4 321
10.3.8 靜電放電抗擾性試驗 322
10.3.9 輻射電磁場抗擾性試驗(RS)IEC61000-4-3(GB/T17626.3) 323
10.3.10 電快速瞬變脈衝群抗擾性試驗(EFT/Burst)IEC61000-4-4 325
10.3.11 浪涌抗擾性試驗(Surge)IEC61000-4-5 326
10.3.12 傳導騷擾抗擾性試驗(CS)IEC61000-4-6 327
10.4 系統級EMC試驗 328
10.4.1 系統級EMC試驗基本概念 328
10.4.2 系統級EMC試驗的必要性和複雜性 329
10.4.3 系統級EMC試驗內容 330
第11章 生物電磁效應與應用 333
11.1 生物電與人體電磁兼容 333
11.1.1 生物電 334
11.1.2 人體電磁兼容 335
11.2 電磁波的生物效應 337
11.2.1 電磁波生物效應 338
11.2.2 微波的生物效應 340
11.2.3 微波的熱效應 342
11.2.4 微波的非熱效應 343
11.3 電磁的應用與防護 344
11.3.1 電磁在生物醫學中的應用 344
11.3.2 電磁場在其他方面的應用 349
11.3.3 電磁輻射的保護 351
第12章 頻譜管理與頻率指配 363
12.1 頻譜劃分的有關規定 363
12.1.1 頻譜分配和使用的規定 363
12.1.2 典型移動通信系統中的頻率劃分 367
12.1.3 軍用無線頻譜管理 369
12.2 頻率指配效果的評價 370
12.2.1 頻率指配中需要使用的傳播預測 370
12.2.2 干擾分析 371
12.3 頻率指配方法和技術 376
12.3.1 頻率指配的數學模型 377
12.3.2 蜂窩網路規劃工程應用的頻率指配演演算法 378
12.3.3 頻率指配 378
參考文獻 380
