QMKJ33018空调电子控制器电磁兼容设计指引文档格式.docx

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本标准采用下列定义。

3.1电磁兼容的定义

设备或系统在其环境中能正常工作，且不对该环境中的任何事物产生不允许的电磁骚扰的能力。

EMC=EMI+EMS

3.1.1EMI

电磁干扰（ElectromagneticInterference）即设备所产生的电磁能量对其他设备的干扰程度。

干扰途径包括传导干扰和辐射干扰两种：

传导干扰：

是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。

辐射干扰：

是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。

3.1.2电磁骚扰ElectromagneticDisturbance

任何能引起器件、设备或系统性能减低的电磁现象

3.1.3电磁干扰：

ElectromagneticInterference

由电磁骚扰引起的器件、设备或系统性能的下降。

3.1.4电磁敏感性：

ElectromagneticSusceptibility

在存在电磁骚扰的情况下，器件、设备或系统不能避免性能减低的能力。

3.1.5电磁抗扰性：

ElectromagneticImmunity

在存在电磁骚扰的情况下，器件、设备或系统不减低运行性能的能力。

3.1.6静电放电ESD（ElectroStaticDischarge）

对EMC而言，ESD涉及的同样是静电骚扰和静电敏感。

3.1.7地线：

在EMC中我们给地线定义为：

信号流回源的低阻抗路径。

这个定义中突出了地线中电流的流动。

按照这个定义，很容易理解地线中电位差的产生原因。

因为地线的阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。

3.1.8地线的阻抗/电阻：

　　地线的阻抗会引起的地线上各点之间的电位差能够造成电路的误动作，要搞清这个问题，首先要区分开导线的电阻与阻抗两个不同的概念。

电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。

任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于直流电阻，在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压降。

3.1.9电磁兼容性

　　电磁兼容性是研究在有限的空间、时间和频谱资源等条件下，各种设备、分系统或系统在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态，并不致引起降级的一门科学。

它有以下三方面的含义：

a）电磁环境应是给定的或是可预期的；

b）设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范所规定的电磁发射极限值要求；

c）设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感度极限值要求。

3.1.10电磁兼容性设计

　　电磁兼容性设计是指本系统研制过程中，需要采取的降低电磁骚扰发射和提高抗干扰能力的技术措施，保证实现各项电磁兼容性指标要求，必须在功能设计的同时进行电磁兼容性设计。

3.1.11电磁兼容的三要素

　　干扰源（骚扰源）、耦合途径和敏感设备是电磁兼容的三要素。

切断以上任何一项都可以解决电磁兼容问题。

3.1.11.1干扰源包括任何形式的自然现象或电能装置所反射的电磁能量能导致同处一个环境中的人或动物受到伤害或引起设备或系统性能降级或失效。

3.1.11.2耦合途径

　　传输电磁骚扰的通路或媒介，包括辐射骚扰、传导骚扰、感应骚扰

3.1.11.3敏感设备

　　敏感设备是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁能量的作用时，导致性能降级或失效的器件、设备系统等。

许多器件、设备系统既是敏感设备又是骚扰源。

4详细要求

4.1有源器件的选择

4.1.1概述

在新设计及开发项目的开始，正确选择有源与无源器件及完善的电路设计技术，将有利于以最低的成本获得EMC认证，减少产品因屏蔽和滤波所带来的额外的成本、体积和重量。

4.1.2数字器件和EMC电路设计

4.1.2.1大多数数字电路采用的是方波信号同步，这将产生高次谐波分量，时钟频率越高，边沿越陡，频率和谐波的发射能力也越高（如图1所示）。

因此，在满足产品技术指标的前提下，尽量选择低速时钟。

在ＨＣ能用时绝不使用AC，CMOS4000能行就不要使用HC。

4.1.2.2要选择集成度高，并有EMC特性的集成电路，如

*电源及地的引脚较近

　　*多个电源及地线引脚

　　*输出电压波动性小

　　*可控开关速率

　　*与传输线匹配的I/O电路

　　*差动信号传输

　　*地线反射较低

　　*对ESD及其他干扰现象的抗扰性

　　*输入电容小

　　*输出级驱动能力不超过实际应用的要求

　　*电源瞬态电流低（有时也称穿透电流）

　　这些参数的最大、最小值应由其生产商一一指明。

4.1.2.3不宜采用IC座

　　IC座对EMC很不利，建议直接在PCB上焊接表贴芯片，具有较短引线和体积较小的IC芯片则更好，BGA及类似芯片封装的IC在目前是最好的选择。

安装在座（更糟的是，插座本身有电池）上的可编程只读存储器（PROM）的发射及敏感特性经常会使一个本来良好的设计变坏。

因此，应该采用直接焊接到电路板上的表贴可编程储存器。

4.1.2.4电路技术

4.1.2.4.1对输入和按键采用电平检测（而非边沿检测）

4.1.2.4.2使用前沿速率尽可能慢且平滑的数字信号（不超过失真极限）

4.1.2.4.3在PCB样板上，允许对信号边沿速度或带宽进行控制（例如，在驱动端使用软铁氧体磁珠或串联电阻）

4.1.2.4.4降低负载电容，以使靠近输出端的集电极开路驱动器便于上拉，电阻值尽量大

4.1.2.4.5处理器散热片（如果有的话）与芯片之间通过导热材料隔离，并在处理器周围多点射频接地。

4.1.2.4.6给每个电源管脚增加高频旁路电容。

4.1.2.4.7高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力

4.1.2.4.8需要一只高质量的看门狗（可选项）

4.1.2.4.9决不能在看门狗或电源监视电路上使用可编程器件（可选项）

4.1.2.4.10电源监视电路及看门狗也需适当的电路和软件技术，以使它们可以适应大多数的不测情况，这取决于产品的临界状态

4.1.2.4.11当逻辑信号沿的上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时，应采用传输线技术。

4.1.2.4.12经验

ａ）信号在每毫米轨线长度中传输一个来回的时间等于36皮秒

ｂ）为了获得最佳EMC特性，对于比a中经验提示短得多的轨线，使用传输线技术

4.1.2.4.13有些数字IC产生高电平辐射，常将其配套的小金属盒焊接到PCB地线而取得屏蔽效果。

PCB上的屏蔽成本低，但在需散热和通风良好的器件上并不适用。

4.1.2.4.14时钟电路通常是最主要的发射源，其PCB轨线是最关键的一点，要作好元件的布局，从而使时钟走线最短，同时保证时钟线在PCB的一面但不通过过孔。

当一个时钟必须经过一段长长的路径到达许多负载时，可在负载旁边安装一时钟缓冲器，这样，长轨线（导线）中的电流就小很多了。

这里，相对的失真并非重要。

长轨线中的时钟沿应尽量圆滑，甚至可用正弦波，然后由负载旁的时钟缓冲器加以整形。

4.1.3模拟器件和电路设计

4.1.3.1模拟器件的选择

　　选择模拟器件时，要求发射、转换速率、电压波动、输出驱动能力要尽量小，但对大多数模拟器件，抗扰度是一个很重要的因素，来自不同厂商的同一型号及指标的运算放大器，可以有明显不同的ＥＭＣ性能，因此确保后续产品的性能参数的一致性是十分重要的。

敏感模拟器件厂商应提供EMC或电路设计上的信噪处理技巧或PCB布局。

4.1.3.2防止解调问题

大多数模拟设备的抗扰度问题是由射频解调引起的。

运放每个管脚都对射频干扰十分敏感，这与所使用的反馈线路无关（见图3），所有半导体对射频都有解调作用，但在模拟电路上的问题更严重。

即使低速运放也能解调移动电话频率及其以上频率的信号，图4表明了实际产品的测试结果。

为了防止解调，模拟电路处于干扰环境中时需保持线性和稳定，尤其是反馈回路，更需在宽频带范围内处于线性及稳定状态，这就常常需要对容性负载进行缓冲，同时用一个小串联电阻（约为500）和一个大约5PF的积分反馈电容串联。

　　进行稳定度及线性测试时，在输入端注入小的但上升沿极陡（<

1ns）的方波信号（也可以通过电容馈送到输出端和电源端），方波的基频必须在电路预期的频带内，电路输出应用100MHz（至少）的示波器和探针进行过冲击和振铃检查，对音频或仪表电路也应如此，对更高速模拟电路，要选取频带更宽的示波器，同时注意使用探头的技巧。

　　超过信号高度50%的过冲击表明电路不稳定，对过冲击应予以有效的衰减，信号的任何长久的振铃（超过两个周期）或突发振荡表明其稳定度不好。

　　以上测试应在输入及输出端均无滤波器的情况下进行，也可以用扫频代替方波，频谱分析仪代替示波器（更易看出共振频率）

4.1.3.3其它模拟电路技术

　　获得一稳定且线性的电路后，其所有联线可能还需滤波，同一产品中的数字电路部分总会把噪声感应到内部连线上，外部连线则承受外界的电磁环境的骚扰。

4.1.3.3.1决不要试图采用有源电路来滤波和抑制射频带宽以达到EMC要求，只能使用无源滤波器（最好是RC型）。

在运放电路中，只有在其开环增益远大于闭环增益时的频率范围内，积分反馈法才有效，但在更高频率，它不能控制频率响应。

4.1.3.3.2应避免采用输入、输出阻抗高的电路，比较器必须具有迟滞特性（正反馈），以防止因为噪声和干扰而使输出产生误动作，还可防止靠近切换点处的振荡。

不要使用比实际需要快得多的输出转换比较器，保持dv/dt在较低状态。

4.1.3.3.3对高频模拟信号（例如射频信号），传输线技术是必需的，取决于其长度和通信的最高频率，甚至对低频信号，如果对内部联接用传输线技术，其抗扰度也将有所改善。

4.1.3.3.4有些模拟集成电路内的电路对高场强极为敏感，这时可用小金属壳将其屏蔽起来（如果散热允许），并将屏蔽盒焊接到PCB地线面上。

4.1.3.3.5与数字电路相同，模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路（去耦），但同时也需低频电源旁路，因为模拟器件的电源噪声抑制率（PSRR）对1kHz以上频率是很微弱的，对每个运放、比较器或数据转换器的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都是必要的，这些电源滤波器转折频率和过渡带斜率应补偿器件PSRR的转折频率和斜率，以在所关心的频带内获得期望的PSRR。

4.2开关电源设计

　　开关电源的特征就是产生强电磁噪声，若不加严格控制，将产生极大的干扰。

下面介绍的技术有助于降低开关电源噪声，能用于高灵敏度的模拟电路。

4.2.1

电路和器件的选择

　　一个关键点是保持dv/dt和di/dt在较低水平,有许多电路通过减小dv/dt和/或di/dt来减小辐射，这也减轻了对开关管的