EMC电子元器件在电子设备中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,深圳振华富电子有限公司王立忠,EMC,电子元器件在电子设备中的应用,一,、,电磁兼容性,(,EMC,),的基本概念,1,、,电磁兼容的,定义,2,、,电磁干扰的产生,3,、电磁干扰的频段划分,4,、,电磁干扰的,危害,5,、电磁兼容的测试项目及要求,二,、,振华富,EMC,电子元器件,1,、磁珠,2,、磁珠在电路中的应用,3,、电感,4,、电感在电路中的应用,5,、滤波器,6,、,滤波器在电路中的应用,三、实际参考电路的,应用,电磁兼容性是,设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境“事物”构成不能承受的,电磁骚扰,能力,1,、电磁兼容性的定义,一、电磁兼容性,(,EMC,),的基本概念,发射源产生干扰噪声的原因,a,发射源的隐性频率,b,发射源对接收源所产生的混附波与调幅干扰,c,发射源的不当调幅调变输出,d,接收机本地振荡噪声,e,时钟信号传送的衍生噪声,f,电机装置如马达继电器,g,电力系统如火花电晕噪声,h,闪电雷击,接收源感受干扰噪声的原因,a,、,接收源射频频率选用不当造成噪声渗入干扰,b,、混附波与调幅干扰,d,、电源线噪声耦合至接收源造成干扰,d,、电子盒箱柜隔离不佳渗入接收源造成干扰,2,、,电磁干扰的产生,3,、电磁干扰的频段划分,4,、电磁干扰的危害,a,、,误操作,b,、,信息丢失,c,、泄密,d,、设备失效,e,、健康危害,5,、,电磁兼容的测试项目及要求,1,、,CE10125Hz10KHz,电源线传导发射,2,、,CE10210KHz10MHz,电源传导发射,3,、,CE107,电源线尖峰信号传导发射,4,、,CS10125Hz10KHz,电源线传导敏感度,5,、,CS106,电源线尖峰信号传导敏感度,6,、,CS11410KHz400MHz,电缆束注入传导敏感度,7,、,CS11525Hz20GHz,电缆束注入脉冲激励传导敏感度,8,、,CS11625Hz20GHz,电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度,9,、,RE10125Hz100KHz,磁场辐射发射,10,、,RE10210KHz18GHz,电场辐射发射,11,、,RS10125Hz100KHz,磁场辐射敏感度,12,、,RS10210KHz40GHz,电场辐射敏感度,13,、,RS105,瞬变电磁场辐射敏感度,二、振华富,EMC,电子元器件,工作原理：通过发热耗散吸收高频噪声能量,2.1.1,磁珠的特点及工作原理,特点：,磁珠是一个耗能元件，阻抗随频率变化；,在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰；,极好的磁屏蔽结构，不会产生交叉干扰；,较小的直流电阻,保证最小的电压降，同时可以避免对有用信号产生过大的衰减；,有效的工作在几十,MHz,到几百,MHz,的频率范围内；,不需要接地，使用时直接串接在电路上；,2.1,磁珠,2.1.2,磁珠滤除和吸收高频噪声的原理图,Z,L,磁珠工作原理 图一,噪声减小,噪声大,2.1.3,磁珠的参数,阻抗值（,Z,）,额定电流（,Ir,）,直流电阻（,DCR,）,磁珠的单位是欧姆。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。阻抗,Z,是磁珠中最重要的参数，阻抗,Z,可表示为：,Z,L,=,R(f),2,+,L(f),2,式中：电阻,R(f),和,L(f),感抗均为频率的函数。,阻抗,Z,的大小与频率紧密相关；,阻抗,Z,值的误差范围是：,25%,；,样本书上标明的阻抗值是在,100MHz,的测量值。,2.1.4,磁珠的阻抗,Z,2.1.5,磁珠频谱曲线图,图二,磁珠的等效电路,(a),Rac,Rdc,L,C,磁珠的电路符号,(c),Z,L,Rs,Ls,磁珠的等效电路,(b),2.1.6,磁珠的等效电路及符号,图三,2.1.7,磁珠在不同工作电流时的阻抗频率特性,图四,Initial,(No filter),MLCB2B3216-470B,MLCB2B3216-221B,MLCB2B3216 has excellent performance for noise suppression and waveform distortion suppression.,MLCB2B3216 suppresses drastically not only spectrum level in more than 100MHz range but waveform distortion.,Comparing initial waveform,ringinf is supppressed alittle,However there stile remains high level waveform distortion,Ringing is caused on the signal waveform,Such ringing contains several hundred MHz harmonic components and generates noise,2.1.8,磁珠对数字脉冲信号干扰的抑制,图五,为了消除电磁干扰，方法之一就是在有源和无源电子元器件的引线上套上一些很小的管形或环形的软磁铁氧体磁芯，利用铁氧体材料的电磁损耗机理有效地消除传导和辐射的电磁干扰噪声。这种抗电磁干扰的方法既简便又有效，所以获得了十分广泛的应用。由于串在引线上用于抗电磁干扰的,铁氧体小管或小环有些,像一串珍珠，所以它们,得到了一个很形象化的,名称,磁珠（,Bead,）。,2.1.9,早期的磁珠,随着信息电子产业的高速发展，特别是数字电路的高速发展，各类电气、电子产品已进入社会生活的各个角落。随着使用频率范围日益扩展，频率使用密度日益增加，使得电磁信号环境越来越复杂。更主要的是对未来电子设备和仪器要求微型化、重量轻并便于携带，对元器件的性能要求越来越高，体积也越来越小，为了更便于加工生产并要求可靠,性更高。叠层片式磁珠的,出现是电子产业发展的必,然结果。,独石型一体化的,结构，可靠性高；适合双,表面安装；闭合磁路，漏,磁小，无交互干扰,2.1.10,叠层片式磁珠,2.1.11,EMC,元器件演变历程,系列,应用特点,尺寸范围,阻抗范围,(,),额定电流,Max (mA),RH,信号线,大电流线路,2.5,3,3.5,9,2550,R6H,信号线,大电流线路,6,10,350580,MLCB,信号线用,16084532,102500,1000,PB,大电流线路,16084532,101000,6000,CBA,信号线用,20103216,301000,200,CMW,信号线用,2012,90,100,2.1.12,振华富磁珠系列产品,2.1.13,电磁干扰抑制部位,时钟发生电路；,模拟电路和数字电路之间的滤波隔离；,I/O,输入,/,输出内部连接器（比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网）；,射频（,RF,）电路和易受干扰的逻辑设备之间；,供电电路中滤除高频传导干扰；,计算机,打印机,录像机（,VCRS,）,电视系统和手提电话中的,EMI,噪声抑止；,2.1.14,磁珠的应用场合,CPU,DRAM,2.1.15,MLCB,及,CAB,系列磁珠,在并行数据信号线上的应用,MLCB,CAB,图六,2.1.16,CB,系列磁珠在时钟电路中的应用,正,弦,波,发,生,脉,冲,整,形,电,PB,PB,CB,CB,图中 为CB系列磁珠,CB,为PB系列磁珠,dc,PB,图七,一般选择原则是时钟的工作频率越高选择磁珠的阻抗越小。根据时钟脉冲信号的工作频率，选型如下表：,选择磁珠型号为,MLCB,系列,磁珠选用要考虑电路的工作电流、脉冲电流、瞬态电流和环境条件（温度,直流电压,结构强度）。,2.1.17,在时钟电路中对磁珠的选型要求,工作频率f(MHz),磁珠阻抗（ ）,1,20,31,40,f,100,1,f,40,3,00,120,f,1,300,f,100,f,31,并行数据线电路中磁珠的选型要求也是根据工作频率越高选择磁珠的阻抗越小的原则进行，可参照时钟电路中的选型要求。但对于数据线信号波形上升沿的要求没有时钟信号的要求高，故在选择时磁珠的阻抗可比时钟电路中的阻抗偏大一些，,一般增加值为,20%,，,磁珠可选型号为,MLCB,和,CBA,系列。,2.1.18,磁珠在并行数据线电路中的选型要求,2.1.19,MLCB,及,CMW,系列产品,在串行数据信号线上的应用,串,行,码,输,串,行,通,信,接,口,IC,图八,PB,PB,CMW,Vcc,PB型磁珠根据工作电流选用,参考2.1.23节,PB型磁珠选用阻抗值小于10,2.1.20 PB,型系列磁珠在电源电路中的应用,PB,DC/DC,Vo,图九,Io,图中ZPB的选择要求是磁珠的额定电流大于Io二倍以上，,阻抗值300 -1000 ，典型值取600 。,2.1.21 PB,系列磁珠在直流供电回路的应用,L1,共模电感,601/3A,601/2A,601/1A,0.5A,0.2A,0.1A,Vo,图十,差模电感,2.1.22 PB,系列磁珠在摸拟数字电源电路中的应用,PB1,PB2,PB1,PB1,PB2,D1,Dn,Vo,图十一,Io1,Io2,Io3,C1,C2,2.1.23 PB,磁珠在电源电路中的选型要求,a,、如图,18,所示：图中,ZPB1,磁珠是接在正电源到集成电路电源输入口上，要求靠近集成电路的电源输入口装配,.,器件的选择以磁珠的额定电流大于电路中,Io,工作电流二倍以上，阻抗值选,3001000 (,典型值,600 ),。,b,、接在集成电路接地端的,ZPB2,磁珠的额定电流也要求大于,Io,电流二倍以上，阻抗典型值选小于,10,。,图中,A,电路为模拟电路，,D,为数字电路。,c,、电路中使用了,ZPB1,和,ZPB2,作为电源滤波和接地隔离，达到了数字电路和模拟电路之间的隔离要求。,2.1.24 PB,及,CB,系列磁珠在分系统电路板中的应用,滤,波,DC/DC,信,号,控,制,线,输,滤,波,信,号,控,制,线,输,电,源,输,电,源,输,输,CB,PB,PB,CB,图十二,2.2.1,电感的特点及工作原理,2.2,电感,特点：,电感是一个储能元件，阻抗随频率变化。,在纹波噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的纹波干扰。,较小的直流电阻,保证最小的电压降 。,有效的工作在几十,Hz,到几十,MHz,的频率范围内。,可分为共模电感和差模电感；与电容组合构成高效的,滤波器,。,2.2.2,电感的电路符号,共模电感器,电感器,图十三,(3),电感器的性能参数,电感量,L,品质因数,Q,自谐振频率,SRF,直流电阻,DCR,电感量是电感器的最重要参数，它是在一定频率的条件下测得的电感值，在额定使用条件下和工作频率范围内它是一个常量。,它的感抗值,Z,等于：,Z=,L,感抗是频率的函数，在一定的工作频率范围内频率越高感抗越大。,电感在相同感值情况下尺寸越大，可靠性越高。,(4),电感量,(L),(5),品质因数,Q,品质因数,Q,是电感器的另外一个重要参数，表示电感器的储能与耗能之比，根据下面公式可近似计算：,通常品质因数,Q,愈大愈好，在选择电感器时，要注意：,品质因数,Q,在产品样本或送样的承认书上标出的是最小值；,品质因数,Q,与测试频率有关，产品样本上对应电感量的,Q,值均有对应的测量频率；,品质因数,Q,与电感量有关。,Q=,R,L,(6),自谐频率,SRF,自谐频率,SRF,是电感应用中值得考虑的一个重要指标，其值越高，说明该电感的使用频率越高。应注意：,自谐频率,SRF,与材料及其电感量有关，电感量越大，,SRF,越小；,产品样本上给出的,SRF,表示最小值；,电感在使用时的频率应小于,SRF,，同时考虑电路所需的,Q,值。,(7),直流电阻,DCR,直流电阻,DCR,是表征电感器的直流或低频下的一个参数。一般地，希望直流电阻,DCR,愈小愈好，所以：,直流电阻,DCR,与材料及其电感量有关，电感量越大，,DCR,越大；,产品样本上给出的,DCR,表示最大值；,低的,DCR,可以保证最小的电压降 。,(8),电感与电容组成的各型滤波器,图十四,(9),电感的种类,a,外形分类,插件电感 绕线贴片电感 叠层贴片电感,b,功能分类,电源滤波电感 高频振荡电感 高频扼流圈 高频滤波电感,LG,B,系列,插件电感,图十四,RI,系列,TI,系列,LGA,系列,插件电感的特点,通常用较粗的铜线绕在骨架上，绝大多数都具有引脚；,电感量高，品质因素,Q,较高，额定电流大；,需通过手工插件、焊接，安装效率低；,外形尺寸很大、多，暂无标准化；,磁路不屏蔽，易产生交互干扰。,贴片电感,图十五,HWI,系列,LQH,系列,NL,系列,FWI,系列,贴片电感,SD,系列,SMRH,系列,SM,系列,图十六,贴片电感的特点,工艺继承性强，体积小型化；,可以自动贴装；,具有较高的,Q,值；,磁路有带屏蔽和不屏蔽两种，带屏的能较好的防止辐射和交互干扰。,叠层贴片电感器,铁氧体电感,陶瓷电感,图十七,叠层电感的特点,独石型一体化的结构，可靠性高；,形状符合,EIA,标准，适合双表面安装；,闭合磁路，漏磁小，无交互干扰 ；,电感量较小，电流相对也小。,几种贴片电感器的比较,特性,叠层式,线绕,功率,感量范围,中,较高,中,Q,值,中,高,低,频率范围,宽（中高频）,宽,窄（低频）,体积,小,中,大,磁屏蔽,Yes,湿温，抗冲,击，高低频,No,Yes/No,可靠性,耐酸碱均稳定,可靠性差，通,常用于中高频率,稳定性较好，通常,仅用于中低频率,额定电流,小,中,大,标准化,全,中,不全,EMC,主要解决方法,屏蔽：振荡器、混频器等高速信号收发连接电路,接地：单点及多点，通常低速信号单点，高速信号多点,印刷板设计：按频率分区、尽可能缩短引线长度,电磁兼容防范性设计：按功能块将电源、地、输入、输出口均采取抗干扰措施进行隔离,EMI,滤波（滤波器件：电感、磁珠、电容、滤波器等）,采用表贴元件，缩小辐射面积，缩短互连引线,降低工作电压和电流，缩小辐射功率,DC/DC,Io,(17),功率电感在,DC/DC,电源电路中的应用,图十八,Vi,Vo,功率电感在,DC/DC,电源电路中的选择,电感选用要考虑电路的工作电流，还要考虑电路的脉冲电流、瞬态电流和瞬态响应的要求,尽量选用磁路闭合的电感，避免产生交叉干扰。,选择要求（如图二十）：,A,、,Io=0.6Isat,B,、电感量的选择，根据电感时间常数,=L/R,得式,L=,R,式中,R=Vo/Io,，,为恢复响应时间,选用时要注意频率的测试条件。,电,源,输,共模,差模,DC/DC,三端滤波器,(MLLC1ED3),图十九,共模电感在,DC/DC,电源输入电路中的应用,i,i,a,、首先要确认滤除的干扰的频率范围；,b,、确定工作电流，一般选择工作电流,Io,0.6,I,sat c,、电感量大对低频滤波效果好，反之亦然；,共模电感在,DC/DC,电源输入电路中的选择,图二十,高频电感在高频电路中的应用,3,滤波器,3.1,滤波器的基本概念,滤,波,图二十一,3.2,滤波器电路的类型,磁珠,电感,电容,单一元件,LC,滤波器,T,型,型滤波器,共模型滤波器,图二十二,3.3,滤波器的分类,低通滤波器,高通滤波器,f,T,f,T,f,f,dB,dB,带通滤波器,f,f,dB,带阻滤波器,f,f,T,T,dB,高频信号通过,低频信号通过,图二十三,3.4.1 ZHF2575,型小型管状滤波器,3.4,振华富滤波器产品,外形图,内部电路图,外壳,信号规格,额定电流,(A)Max,最大电阻,(,)Max,电路形式,ZHF2575-L101,ZHF2575-L103,ZHF2575-L105,ZHF2575-L108,ZHF2575-L110,ZHF2575-L201,1.0,3.0,5.0,8.0,10.0,1.0,0.25,最小插入损耗（dB）,30KHz,50KHz,150KHz,300KHz,1MHz,10MHz,15,27,36,57,70,10,10,10,10,10,10,0.25,0.25,0.25,0.25,0.25,15,15,15,15,15,70,70,70,70,70,57,57,57,57,57,27,27,27,27,27,36,36,36,36,36,3.4.2 ZHF2575,系列滤波器参数表,表一,直,流,电,源,输,DC/DC,三端滤波器,(MLLC1ED3),图二十四,i,ZHF2575,滤波器在电源电路中的应用,ZHF2575,直,流,电,源,输,三端滤波器,(MLLC1ED3),i,ZHF2575,直,流,电,源,输,直,流,电,源,输,ZHF2575,系列滤波器选择要求：,a,、选择滤波器的额定电流电压要大于实际电路工作中的电流和电压。,b,、 确认需要滤除的噪声频率范围，按照,（表一）,的插入损耗参数选择对该噪声信号衰减最佳的型号产品。,3.4.2 MLLC,系列型片状,EMI,滤波器,外形图,三端滤波器,电路图,图二十五,3.4.3 MLLC,系列型滤波器特性,a,、树脂封装结构强度高。,b,、该滤波器为,T,型电路，装配时中间引线接地，输入输出线不分方向。,c,、该滤波器体积小重量轻适合高密度安装。,d,、较大的额定电流和额定电压，可用于直流电源滤波。,e,、系列品种多可满足不同频段的工作要求。对电源上的,EMI,具有良好的抑制效果。,图二十六,插入损耗电气特性图,3.4.4 MLLC,系列滤波器插入损耗电气特性,产品规格,电容量,C(pF),C,测试条件（,KHz,）,C,测试电压（,KHz,）,插入损耗,min (dB),直流电阻,max,(m,),额定电流,max(A),额定电压,DCmax (V),MLLC807030-220,22,100,0.25,18,10,7,100,470,47,100,0.25,18,10,7,100,101,100,100,0.25,20,10,7,100,221,220,100,0.25,25,10,7,100,271,270,100,0.25,25,10,7,100,471,470,100,0.25,25,10,7,100,102,1000,100,0.25,25,10,7,100,222,2200,100,0.25,20,10,7,100,103,10000,100,0.25,20,10,7,100,223,22000,100,0.25,20,10,7,100,3.4.5 MLLC807030-XXX,系列滤波器参数表,MLLC,系列滤波器在电源输入电路中的应用,三端滤波器,(MLLC系列),直,流,电,源,输,直,流,电,源,输,i,Io,i,MLLC,系列滤波器选择要求：,a,、电路中的工作电流,Io,和电压,Vo,小于产品的额定电流电压。,b,、 确认需要滤除的噪声频率范围，按照图二十六的插入损耗幅频特性曲线选择对该噪声信号衰减最大的型号产品。,图二十七,3.4.3 TL,系列叠层片式,EMI,滤波器,外,形,特性,微型化贴片元件、封闭,磁路避免干扰,高可靠度、端头具有良,好的耐热性,用途,适用于抑制高频频带的杂讯、微处理器,USB,的,Vcc,电路,输入输出讯号线、输入输出设备滤波、直流电源线等。,产品规格,电容量,C(pF),电容偏差（,%,）,直流电阻,max (m,),直流电阻,max,(m,),额定电流,max(mA),额定电压,DCmax (V),TL2012Z-220T102,22,-20+50,100,10,1000,50,470T102,47,-20+50,100,10,1000,50,101T102,100,-20+50,100,10,1000,50,221T102,220,-20+50,100,10,1000,50,471T801,470,-20+50,100,10,800,50,102T801,1000,-20+50,80,10,800,50,222T801,2200,-20+50,80,10,800,50,272T801,2700,-20+50,80,10,800,50,332T801,3300,-20+50,80,10,800,50,103T801,10000,-20+50,80,10,800,50,104T801,100000,-20+50,80,10,800,25,3.4.4 TL,系列滤波器参数表,TL,系列叠层片式,EMI,滤波器电气特性曲线,图二十八,TL,系列滤波器在电源线和数据线电路中的应用,磁珠,Vo,D1,D2,磁珠,电源线应用,输出信号线,数据线应用,TL1,TL2,TL2,图二十九,Io,TL,系列滤波器在时钟电路中的应用,正,弦,波,发,生,脉,冲,整,形,电,PB,PB,CB,CB,TL1,TL2,图三十,Io,TL,系列滤波器选择要求：,a,、在图二十九和图三十电源线上,TL1,滤波器的选择是根据所要滤出的噪声频率范围，按照,图二十八,的特性曲线图进行选择，工作电流,Io,和电压,Vo,小于产品的额定电流电压。,b,、 对于图中的,TL2,滤波器确认需要滤除的噪声频率范围，选择的滤波器对噪声频率要衰减大而对有用的信号尽量的衰减小或者是不衰减，参照,图二十八,的电气特性曲线选择。工作电流,Io,和电压,Vo,小于产品的额定电流电压。,TL,系列滤波器在电路中的应用（,1,）,TL,系列滤波器在电路中的应用（,2,）,TL,系列滤波器在电路中的应用（,3,）,TL,系列滤波器在电路中的应用（,4,）,谢谢！,