基于单片机的EMC测试及EMC故障清扫

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所谓EMC就是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且纰谬该环境中任何事物构成不克不及承受的电磁骚扰的能力。EMC测试包孕两除夜方面内容：对其向外界发送的电磁骚扰强度进行测试，以便确认是否相符有关标准规定的限制值要求；对其在规定电磁骚扰强度的电磁环境前提下进行敏感度测试，以便确认是否相符有关标准规定的抗扰度要求。对于除夜事单片机应用系统设计的工程手艺人员来说，把握必然的EMC测试手艺是十分需要的。EMC是电磁兼容（Electro-Magnetic Compatibility）的缩写，它包孕电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS）两部分。因为电器产品在哄骗时对其它电器有电磁干扰，或受到其它电器的电磁干扰，它不仅关系到产品工作的靠得住性和安然性，还可能影响其它电器的┞俘常工作，甚至导致安然危险。
1 单片机系统EMC测试
（1）测试环境
为了包管测试后不雅的精确和靠得住性，电磁兼容性测量对测试环境有较高的要求，测量场地有室外坦荡场地、樊篱室或电波暗室等。
（2）测试设备
电磁兼容测量设备分为两类：一类是电磁干扰测量设备，设备接上得当的传感器，就可以进行电磁干扰的测量；另一类是在电磁敏感度测量，设备模拟不合干扰源，经由过程得当的耦合/去耦收集、传感器或天线，施加于各类被陈列备，用作敏感度或干扰度测量。
（3）测量方式
电磁兼容性测试依据标准的不合，有很多种测量方式，但归纳起来可分为4类；传导发射测试、辐射发射测试、传导敏感度（抗扰度）测试和辐射敏感度（抗扰度）测试。
（4）测试诊断步调
图1给出了一个设备或系统的电磁干扰发射与故障理会步调。按照这个步调进行，可以提高测试诊断的效率。
（5）测试预告
①试验场地前提：EMC测试实施室为电波半暗室和樊篱室。前者用于辐射发射和辐射敏感测试，后者用于传导发射和传导敏感度测试。
②环境电平要求：传导和辐射的电磁环境电平最好远低于标准规定的极限值，一般使环境电平至少低于极限值6dB。
③试验桌。
④测量设备和被陈列备的隔离。
⑤敏感性判别准则：一般由被测方供应，并实话把守和判别，以测量和不雅测的体式技俩确定机能降低的程度。
⑥被陈列备的放置：为包管实施的反复性，对被陈列备的放置体式技俩常日有具体的规定。
    （6）测试种类
传导发射测试、辐射发送测试、传导抗扰度测试、辐射抗扰度测试。
（7）常用测量仪
电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）测试，需要用到很多电子仪器，如频谱理会仪、电磁场干扰测量仪、旗子暗记源、功能放除夜器、示波器等。因为EMC测试频率很宽（20Hz～40GHz）、幅度很除夜（μV级至kW级）、模式很多（FM、AM等）、姿态很多（平放、斜放等），是以精确地哄骗电子仪器异常首要。测量电磁干扰的合适仪器是频谱理会仪。频谱理会仪是一种将电压幅度随频率改变的规律显示出来的仪器，它显示的波形称为频谱。频谱理会仪战胜了示波器在测量电磁干扰中的瑕玷，可以或许正确测量各个频率上的干扰强度，用频谱理会仪可以直接显示出旗子暗记的各个频谱分量。
在解决电磁干扰问题时，最首要的一个问题是剖断干扰的起原。只有精确精壮扰源定位后，才可以或许提出解决干扰的办法。按照旗子暗记的频率来确定干扰源泉是最简单的方式，因为在旗子暗记的所有特征中，频率特征是最不乱的，并且电路设计人员往往对电路中各个部位的旗子暗记频率都十分清晰。是以，只要知道了干扰旗子暗记的频率，就可以或许推想出干扰是哪个部位发生的。对于电磁干扰旗子暗记，因为其幅度往往远小于正常工作旗子暗记，用频谱理会仪做这种测量是十分爨单的。因为频谱理会仪的中频带宽较窄，是以可以或许将与干扰旗子暗记频率不合的旗子暗记滤除掉落，正确地测量出干扰旗子暗记频率，除夜而剖断发生干扰旗子暗记的电路。
2 电磁兼容故障清扫手艺
（1）传导型问题的解决
①经由过程串联一个高阻抗来削减EMI电流。
②经由过程并联一个低阻抗将EMI电流短路到地或引到其它回路导体。
③经由过程电流隔离装配割断EMI电流。
④经由过程其自身感导来按捺EMI电流。
（2）电磁兼容的容性解决方案
一种常见的现象是不把滤波电容的一侧算作直接与一个星散的阻抗相连，而算作与传输线相连。典型的景遇是，当一条输入输出线的长度达到或跨越1/4波长时，该传输线变“长”。实际可以用下式近似透露暗示这种改变：
l≥55/f
式中：l单位为m，f单位为MHz。这个公式考虑了平均传播速度，它是自由空间理论的0.75倍。
a. 电介质材料及容差
电磁干扰滤波哄骗的除夜部分电容是无极性电容。
b. 差模（线到线）滤波电容性电容。
c. 共模（线到地/机壳）滤波电容
共模（CM）去耦常日哄骗小电容（10～100nF）。小电容可以将不期望的高频电流在其进出神感电路之前或在其离噪声电路较远时就将其短路到机壳上去。为了获得优胜的高频衰减电路，减小或消弭寄生电感是关键之地点。是以有需要哄骗超短导线，尤其进展哄骗无引线元器件。
（3）感性、串联损耗电磁兼容解决方案
就电容而言，Zs和Z1假如不是纯电阻的话，在级悦娴率时，要哄骗它们的实际值。电容器串联在电源或旗子暗记电路时，必需知足：
①流过的工作电流不该该引起电感过热或过除夜的有过之而无不及降；
②流过的电流不克不及引起电感磁饱和，尤其是对高导磁材料是毫无疑问的。
解决方案有以下几种：
*磁芯材料；
*铁氧体和加载铁氧体的电缆；
*电感、差模和共模；
*接地扼流圈；
*组合式电感电容元件。
（4）辐射型问题的解决
在很多景遇下，辐射电磁干扰问题可能在传导阶段发生并被清扫，还有些解决方案是可以按捺干扰装配在辐射传输通道上，就像场樊篱那样工作。按照樊篱理论，这种樊篱的后不雅首要取决于电磁干扰源的频率、与樊篱装配之间的距离以及电磁干扰场的特征——电场、磁场或者平面波。
①导体带。哄骗铜或铝带要吧简单快速地竖立一种直接的樊篱和低阻连邻接或总线。它们对于姑且的解决方案和相对永远的解决方案来说是很苟且的。厚度在0.035～0.1mm之间，并且后头带有导电黏合剂以便安装。假如哄骗铜导电带，其经由过程电阻约20mΩ/cm2。应用场合：电气樊篱罩；发生故障时泄露点定位；作为一个应急的解决方案，将塑料邻接器变成金属的、樊篱通俗的扁平电缆等。
②网状樊篱带和拉链式外套。涂锡的钢网带：首要用来安装在一个已经装配好的电费护套上作为一种易安装的绷带型的樊篱罩。为了降低电费的磁场辐射或敏感问题，钢网带是一种有效的解决方案。
拉链式樊篱外套：当有明明迹象注解电费是首要的引起EMI耦合的原因时哄骗。
③EMI密封垫。应用场合：当下述前提存在，并且需要真正的SE时，EMI密封垫是最常用的解决辐射问题、敏感问题、ESD、电磁脉冲和TEMPEST问题的方式。
*已经把机箱泄露确认为首要的辐射路径。
*啮号绫擎不敷**、平整或不敷硬、本身无法供应优胜的邻接居触。
④窗口和通风板的EMI樊篱：适合对孔径的樊篱。
平面波的也许模型是：
SE≈104(-20-lgl)-20lgf
式中，SE单位为dB；l为网格或网孔的尺寸，单位为mm；f单位为MHz。当然，跟着频率的下降，网孔的樊篱效率SE的上限受限于金属本身。在近区场，对H场的樊篱，其樊篱功率SHE不受频率的影响，可由下式近似得出：
SEH≈10lg(πr/l)
个中，r为源到樊篱罩之间的距离，l为网孔尺寸，两者单位均为mm。
⑤导电涂料：应用于在系统的塑料外壳竖立EMI樊篱罩、发送现有通俗的或恶化的导电外面的樊篱效能SE、防止ESD或静电储蓄积累现象、增除夜结号绫擎或密封垫片的接触面积。
⑥导电箔：铝是一种良导体，在10MHz以下没有接收损耗，但它对于电场的任何频率都有较好的反射损耗。应用场合请参阅有关资料。
⑦导电布：可应用于任何100kHz到GHz级频率局限需要达到30～30dB衰减的立体樊篱场合中。
3 电磁兼容性新器件新材料的应用
3.1 电源线滤波器
电源线滤波器安装在电源线与电子设备之间，用于拟制电能传输中央生的电磁干扰，对提高设备的靠得住性有首要感导。滤波器准许一些频率经由过程，而对其它频率的成份加以拟制。按照干扰源的特征、频率局限、电压和阻抗等参数及负载特征的要求，得被选择滤波器。
3.2 旗子暗记阻隔变压器
脉冲型（数字或晶闸管门驱动）或模拟隔离式变压器与交流电源中哄骗的隔离变压器与交流电源中哄骗的隔离变压器的道理沟通，但传输频带却完全不合，有效旗子暗记处理对变压器的一些机能要求（例如掉真、3dB带宽、损耗、对称性、阻抗、脉冲延时等）异常严峻。这种变压器属于宽带设备，最高频率与最低频率的比值fMAX/fMIN达到数十倍。经由过程在发送端或领受端割断共模地环路，隔离变压器在不改变差模旗子暗记的同时拟制共模噪声。因为共模电压是加在变压器一次侧、二次侧的两边，这种隔离器必需具有较高的击穿电压：典型值为1.5kV，某些场合则高达10kV。
旗子暗记变压器的首要长处是它的简单、耐用、持久和线性，并且代价适中。当频率增添时，其电磁兼容机能下降。
应用场合：
*当需要环路隔离时，其频率局限除夜直流到几十MHz；
*在低噪声和低掉真前提下传输模拟小旗子暗记（≤10mV）时，旗子暗记线上可能存在几V至几kV的共模电压；
*在晶闸管应用电路中，将触发器驱动电路与共模电压隔离；
*作为一个现场解决方案，可用来割断一个地环路和搭建一个均衡邻接或非均衡邻接传输线路。
3.3 电源隔离变压器、电源稳压器和不间断电源
（1）电源隔离变压器
通俗的隔离变压器可以在低频局限割断主电源线的接地环路。当频率升高时，电气隔离因为一次侧间寄放电容C1-2的存在而下降。为了削减寄生电容的影响，可以哄骗落系、螺旋状、分立式的一次和二次绕组，如许可以将寄生电容减小为原为的1/3～/10。
（2）法拉第樊篱变压器
在一次和二次线圈之间包着一层铝箔或铜箔，并使之不与线圈接触以免形成短路。法拉第樊篱或静电樊篱层接地。应用局限如下：
*应用于入室电源或电源分拨箱上，作为简单1：1的隔离变压器，隔离50/60Hz的地环路；
*在同一系统中的某一部分从新发生对地贯穿连接中性的交流电源，与总电源分拨点贯穿连接电气隔离；
*应用于当系统中存在很除夜的对地漏电电流时，防止过渡频繁触发系统中的接地故障检测器；
*可以与电源线滤波器连络哄骗，电源线滤波器的衰减特征仅最先于几十或几百kHz以上。
3.4 暂态按捺器
变阻器和固态变阻器（transzorbs）是具有非线性V-I特征曲线的元件，可以作为稳压元件。当电压经由过程该器件后就被箝位在等于或除夜于击穿电压VBR的电压值上。该器件的响应速度快，但在处理的能量值上有必然限制。
3.5 搭接、接地连气儿性和削减RF阻抗器件
①接地编织层或金属带宽而扁的导线比同样横截而积的圆导线具有较小的电感。作为优先的选择参考，可以哄骗：
*扁平金属带；
*带有扁平接地端子的扁平编织层；
*圆形、多股绞线的跳线。
②印制电路板（PCB）接地垫片。为了竖立一个更直接的低阻扰电磁干扰电流领受器，需要哄骗接地垫片。常日在树脂型垫片中央有一个弹簧夹，用以在一边的OV铜板上和加一边PCB的安装底盘上供应较强的靠得住压力。因为弹簧是铜锡材料制成的，电气接触机能优胜，接触电阻为mΩ数量级。
③金属电费线槽及其肥共的金属编织层。金属电缆托架、公共导线和金属编织层的感导是传输几个互相邻接的设备之间的部分爨地EMI环流。可以把它看作是不合底盘或地线之间的共模短路通道，但实际上除了直流或交流50/60Hz，这种方式不克不及应用于较长的距离；可用于较劲争论机室、工厂车间或其它有很多非樊篱电费的除夜型场地，弗成能或很难将它们换成樊篱电费或装入管道。
④地阻抗减小，垫高的金属底板接地衬垫。为了削减传导瞬态干扰的输入和四周环境射频场对系统的影响，可以经由过程设置室内参考接地板或接地收集加以改善。经由过程这种方式，可以很随意草率地在高达几百MHz的频率上达到20dB的改善，也可以削减在同一个房间里的不合设备之间的地登基误差。
另一种手艺：在室内，建议安装举高的金属底板（RMF），行使地砖的筋条作为接地参考栅格；把把塑料减震垫片换成导电减震垫片，就可以竖立很好的、持久的电气邻接。
②姑且接地板。这种后各解决方案最初是IBM公司的安装规划工程师们哄骗的，即安装一块铜板或电镀钢板。对于那些没有“实际地”的场合，因为姑且接地板与建筑特构造之间有较除夜的电容（300～1000pF），这给电磁干扰滤波器、瞬态珍爱器和隔离变压器的法拉第樊篱层供应了有角９依υ?收装配。在高频端，这种虚地比长的、绿的或黄绿的接地导线更有效。

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