對于從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(軟硬件)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員來說,掌握一定的EMC測試技術(shù)是十分必要的。
關(guān)于EMC
EMC:Electromagnetic Compatibility,即電磁兼容性。指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。
它包括電磁干擾(EMI)和電磁敏感性(EMS)兩部分。由于電器產(chǎn)品在使用時(shí)對其它電器有電磁干擾,或受到其它電器的電磁干擾,它不僅關(guān)系到產(chǎn)品工作的可靠性和安全性,還可能影響其它電器的正常工作,甚至導(dǎo)致安全危險(xiǎn)。
EMC測試兩大內(nèi)容
1.對其向外界發(fā)送的電磁騷擾強(qiáng)度進(jìn)行測試,以便確認(rèn)是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值要求;
2.對其在規(guī)定電磁騷擾強(qiáng)度的電磁環(huán)境條件下進(jìn)行敏感度測試,以便確認(rèn)是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗擾度要求。
單片機(jī)系統(tǒng)EMC測試
1.測試環(huán)境
為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠性,電磁兼容性測量對測試環(huán)境有較高的要求,測量場地有室外開闊場地、屏蔽室或電波暗室等。
2.測試設(shè)備
電磁兼容測量設(shè)備分為兩類:一類是電磁干擾測量設(shè)備,設(shè)備接上適當(dāng)?shù)?u style="color: rgb(51, 51, 51) !important;">傳感器,就可以進(jìn)行電磁干擾的測量;另一類是在電磁敏感度測量,設(shè)備模擬不同干擾源,通過適當(dāng)?shù)?u style="color: rgb(51, 51, 51) !important;">耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)、傳感器或天線,施加于各類被測設(shè)備,用作敏感度或干擾度測量。
3.測量方法
電磁兼容性測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同,有許多種測量方法,但歸納起來可分為4類;傳導(dǎo)發(fā)射測試、輻射發(fā)射測試、傳導(dǎo)敏感度(抗擾度)測試和輻射敏感度(抗擾度)測試。
4.測試診斷步驟
一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的電磁干擾發(fā)射與故障分析步驟。按照這個(gè)步驟進(jìn)行,可以提高測試診斷的效率。
5.測試準(zhǔn)備
①試驗(yàn)場地條件:EMC測試實(shí)驗(yàn)室為電波半暗室和屏蔽室。前者用于輻射發(fā)射和輻射敏感測試,后者用于傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度測試。
②環(huán)境電平要求:傳導(dǎo)和輻射的電磁環(huán)境電平最好遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值,一般使環(huán)境電平至少低于極限值6dB。
③試驗(yàn)桌。
④測量設(shè)備和被測設(shè)備的隔離。
⑤敏感性判別準(zhǔn)則:一般由被測方提供,并實(shí)話監(jiān)視和判別,以測量和觀察的方式確定性能降低的程度。
⑥被測設(shè)備的放置:為保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性,對被測設(shè)備的放置方式通常有具體的規(guī)定。
6.測試種類
傳導(dǎo)發(fā)射測試、輻射發(fā)送測試、傳導(dǎo)抗擾度測試、輻射抗擾度測試。
7.常用測量儀
電磁干擾(EMI)和電磁敏感度(EMS)測試,需要用到許多電子儀器,如頻譜分析儀、電磁場干擾測量儀、信號源、功能放大器、示波器等。由于EMC測試頻率很寬(20Hz~40GHz)、幅度很大(μV級至kW級)、模式很多(FM、AM等)、姿態(tài)很多(平放、斜放等),因此正確地使用電子儀器非常重要。
測量電磁干擾的合適儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規(guī)律顯示出來的儀器,它顯示的波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁干擾中的缺點(diǎn),能夠精確測量各個(gè)頻率上的干擾強(qiáng)度,用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個(gè)頻譜分量。
電磁兼容故障排除技術(shù)
1.傳導(dǎo)型問題的解決
①通過串聯(lián)一個(gè)高阻抗來減少EMI電流。
②通過并聯(lián)一個(gè)低阻抗將EMI電流短路到地或引到其它回路導(dǎo)體。
③通過電流隔離裝置切斷EMI電流。
④通過其自身作用來抑制EMI電流。
2.電磁兼容的容性解決方案
一種常見的現(xiàn)象是不把濾波電容的一側(cè)看成直接與一個(gè)分離的阻抗相連,而看成與傳輸線相連。典型的情況是,當(dāng)一條輸入輸出線的長度達(dá)到或超過1/4波長時(shí),該傳輸線變“長”。
實(shí)際可以用下式近似表示這種變化:l≥55/f
式中:l單元為m,f單位為MHz。這個(gè)公式考慮了平均傳播速度,它是自由空間理論的0.75倍。
a. 電介質(zhì)材料及容差
電磁干擾濾波使用的大部分電容是無極性電容。
b. 差模(線到線)濾波電容性電容。
c. 共模(線到地/機(jī)殼)濾波電容
共模(CM)去耦通常使用小電容(10~100nF)。小電容可以將不期望的高頻電流在其進(jìn)入敏感電路之前或在其離噪聲電路較遠(yuǎn)時(shí)就將其短路到機(jī)殼上去。為了得到良好的高頻衰減電路,減小或消除寄生電感是關(guān)鍵之所在。因此有必要使用超短導(dǎo)線,尤其希望使用無引線元器件。
3.感性、串聯(lián)損耗電磁兼容解決方案
就電容而言,Zs和Z1如果不是純電阻的話,在計(jì)算頻率時(shí),要使用它們的實(shí)際值。電容器串聯(lián)在電源或信號電路時(shí),必須滿足:
①流過的工作電流不應(yīng)該引起電感過熱或過大的有過之而無不及降;
②流過的電流不能引起電感磁飽和,尤其是對高導(dǎo)磁材料是毫無疑問的。
解決方案有以下幾種:
磁芯材料;
鐵氧體和加載鐵氧體的電纜;
電感、差模和共模;
接地扼流圈;
組合式電感電容元件。
4.輻射型問題的解決
在很多情況下,輻射電磁干擾問題可能在傳導(dǎo)階段產(chǎn)生并被排除,還有些解決方案是可以抑制干擾裝置在輻射傳輸通道上,就像場屏蔽那樣工作。根據(jù)屏蔽理論,這種屏蔽的效果主要取決于電磁干擾源的頻率、與屏蔽裝置之間的距離以及電磁干擾場的特性——電場、磁場或者平面波。
結(jié)語
在實(shí)際EMC測試應(yīng)用中,除了通過標(biāo)準(zhǔn)資格實(shí)驗(yàn)室的鑒定測試以外,還有兩種可行的方法也是被業(yè)界所認(rèn)可的:TCF(Technical ConstrucTIon File)和Self CeriTIfication(自檢證明)。
抗干擾能力測試是十分實(shí)用的測試項(xiàng)目。實(shí)現(xiàn)電磁兼容的最好辦法是,將所有的數(shù)字及模擬電路均視為對高頻信號響應(yīng)的電路,用高頻設(shè)計(jì)方法來處理電費(fèi)屏蔽、PCB布線和共模濾波。采用整塊地平面和電源面也很重要,對模擬電路也該如此,這樣做有利于限制高頻共模環(huán)環(huán)。大多數(shù)瞬態(tài)干擾均屬高頻,并產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射能量。
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