电子设备的电磁兼容性设计理论与实践PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1电磁兼容发展简史 1

1.2电磁兼容的主要国际组织和机构 2

1.3电磁兼容学科和研究对象 3

1.3.1电磁脉冲与电磁环境效应 3

1.3.2雷电（Lightning） 5

1.3.3强电磁脉冲（EMP） 5

1.3.4静电放电（ESD） 6

1.3.5开关操作 7

1.3.6对电气、电子设备或元器件造成的危害 7

1.3.7研究所涉及的领域 7

1.4 EMC的研究方法 8

1.4.1 EMC设计方法的演变 8

1.4.2 EMI的预测和分析 10

1.4.3 EMC设计的有效性 11

1.4.4 EMI的控制技术 11

1.4.5 EMC的仪器与测量技术 12

第2章 电子设备电磁兼容设计原理 14

2.1电子设备电磁兼容设计的内容及采用的方法 14

2.1.1 21世纪的电子信息设备的电磁兼容 14

2.1.2保证设备级的电磁兼容性 16

2.1.3保证综合系统和系统级的电磁兼容性 17

2.1.4保证业务级的电磁兼容性 19

2.2常见的电磁干扰源及特性 20

2.2.1自然界存在的电磁干扰源 20

2.2.2人为的电磁干扰源 20

2.2.3干扰源的频谱评估 24

2.3电磁干扰作用途径及分析方法 27

2.3.1辐射干扰 28

2.3.2传导干扰 33

2.4保证电磁兼容性的方法 38

2.4.1在不同等级上保证电磁兼容性的方法 39

2.4.2减小导线之间的耦合 40

2.4.3接地 42

2.4.4屏蔽与滤波 44

第3章 电子电气系统电磁兼容性分析和设计 48

3.1系统电磁兼容性概述 48

3.1.1电磁兼容性设计的依据 48

3.1.2电磁兼容性设计的主要原则 48

3.1.3电磁兼容性问题的处理和设计方法 49

3.1.4系统设计的任务 50

3.2谱域分析和系统间电磁兼容性 51

3.2.1发射机功率谱函数数学模型 52

3.2.2接收机响应谱函数数学模型 53

3.2.3天线增益函数数学模型 54

3.2.4馈线损耗 56

3.3环境电磁场及安全界限值 57

3.3.1接收系统的环境电磁场 57

3.3.2发射系统的环境电磁场 58

3.3.3电磁波安全界限值 59

3.4频谱控制和尖峰脉冲控制 61

3.4.1频谱分析与控制 61

3.4.2尖峰脉冲控制 62

3.5电源的电磁兼容性要求 63

3.5.1系统对电源干扰的限制性要求 63

3.5.2一次电源系统特性要求 63

3.6系统内不可控噪声电平 64

3.6.1系统地线干扰指标和分配方法 64

3.6.2系统地线干扰噪声的测量 66

3.7电磁干扰隔离度和布局 67

3.7.1发射机与接收机的隔离度 67

3.7.2接收机通道隔离度 67

3.7.3系统内其他设备之间的隔离度 68

3.7.4装备和电子设备的布局 68

3.8接地、布线、屏蔽总体方案 69

3.9电子、电气系统的防雷措施 70

3.9.1避雷针结构 70

3.9.2避雷针引下线和接地 71

3.9.3对感应雷的防护 71

第4章 电子设备电磁屏蔽的设计 72

4.1概述 72

4.2电场屏蔽 73

4.2.1静电屏蔽 73

4.2.2交变电场屏蔽 74

4.3磁场屏蔽 77

4.3.1静磁屏蔽 77

4.3.2低频磁场屏蔽 81

4.4电磁屏蔽 83

4.4.1电磁辐射干扰源 83

4.4.2屏蔽效能的计算 85

4.5电磁屏蔽材料 98

4.5.1屏蔽用金属材料 98

4.5.2缝隙屏蔽材料 98

4.5.3薄膜屏蔽材料 99

4.5.4通风孔屏蔽材料 99

4.5.5观察窗屏蔽材料 101

4.5.6引线孔的屏蔽材料 101

第5章 EMI电源滤波器的防护设计 102

5.1电网的电源干扰 102

5.2开关电源的干扰 103

5.3噪声源的等效电路 104

5.3.1三线制输入端的开关电源噪声 104

5.3.2开关电源输出端噪声 105

5.3.3二线制输入端的开关电源噪声 107

5.3.4噪声源等效电路的输入阻抗 108

5.4 EMI电源滤波器插入损耗的理论计算方法 114

5.4.1插入损耗的定义 114

5.4.2电源滤波器一般常用的典型电路 115

5.4.3共模插入损耗的推导 116

5.4.4差模插入损耗的推导 117

5.4.5理论计算与实测结果 118

5.4.6高频参数的修正 119

5.5 EMI电源滤波器插入损耗的工程计算方法 121

5.5.1理论计算公式 121

5.5.2工程应用 123

5.5.3应用步骤 126

5.5.4设计举例 126

5.6 EMI输入滤波器的稳定性问题 130

5.6.1并联阻尼滤波器 131

5.7 EMI滤波器中的滤波电感 133

5.7.1共模扼流圈 136

5.7.2差模扼流圈 143

5.7.3整流滤波电感 153

5.8 EMI滤波器标准和测量方法 156

5.8.1 EMI滤波器的标准 156

5.8.2插入损耗的测量方法 157

5.8.3 EMI电源滤波器实际的输入／输出负载 160

5.9 EMI滤波器的正确选择和使用 161

5.9.1具体电路分析 162

5.9.2额定电流与环境温度 164

5.9.3耐压、泄漏电流与安全 165

5.9.4正确安装方法 166

5.10 EMI滤波器的发展趋势 167

5.10.1模块电源EMI滤波器向小型化和功能复合化方向发展 168

5.10.2 X2Y平衡式MLCC电容滤波器 170

5.10.3常规连接器向带有滤波或压敏功能的连接器方向发展 172

5.11简易的共／差模分离方法 174

第6章 电子电气设备接地设计 179

6.1基本概念 179

6.1.1接地是电路的组成部分 179

6.1.2接地建立基准电平 179

6.1.3地线干扰分析 180

6.2克服地线干扰的主要方法 181

6.2.1克服差模干扰的有效方法 181

6.2.2克服共模干扰的主要方法 183

6.2.3地线的天线效应引起的电流 186

6.2.4接地电位差干扰的抑制方法 187

6.2.5安全接地 188

6.3接地系统设计实例 189

6.3.1接地系统设计几项主要要求 189

6.3.2接地线截面积选择 190

6.3.3供电配电箱接地 191

6.3.4复杂电子设备的接地 191

6.3.5供电接地、电子设备接地、避雷接地的相互关系 192

6.4搭接 193

6.4.1搭接的类型 193

6.4.2搭接片的设计 193

6.4.3搭接面的处理 194

6.4.4搭接技术的一般原则 194

6.4.5搭接电阻要求 194

6.5接地综合性问题分析 195

6.5.1接地平面电位的平坦度 195

6.5.2地线汇总点的确定 195

6.5.3地面装备（设备）接地电阻 196

6.5.4军用装备和民用设备接地要求的差别 197

6.5.5高压设备接地和数字设备防静电接地的特殊要求 198

第7章 电子电气设备的布线和接续设计 199

7.1线间串扰分析 199

7.1.1电容耦合产生的干扰 199

7.1.2电感耦合产生的干扰 201

7.1.3减小线间耦合的一种方法 202

7.2屏蔽线的磁屏蔽和电磁屏蔽作用及地回路的形成 204

7.2.1屏蔽层的磁屏蔽 204

7.2.2地回路干扰的形成 205

7.2.3电磁辐射和同轴电缆屏蔽 206

7.3电子设备常用线型 209

7.3.1屏蔽线 209

7.3.2双绞线 210

7.3.3同轴电缆 210

7.4工程上布线、布缆方法 211

7.5接续设计 212

7.5.1滑动连接装置 212

7.5.2电连接器应用 213

7.5.3转接箱（信号分配器）接续设计 213

7.6布线电磁兼容性工程应用和分析 214

7.6.1电缆对中辐射发射RE102指标的影响 214

7.6.2电缆满足GJB151A标准中CS114、CS115、CS116指标的电磁兼容性设计 215

7.6.3互连电缆对电子设备间电磁干扰隔离度的影响 217

7.6.4电缆屏蔽层的终端连接法 217

7.6.5采用印制母板布线替代电子设备布线 218

第8章 高速印制电路板的电磁兼容设计 220

8.1电子信息设备电磁兼容性设计与信息安全 220

8.1.1概述 220

8.1.2电子设备电磁兼容设计思想 221

8.2高速印制电路板设计基础 224

8.2.1电磁兼容设计要考虑的带宽和等效电路 226

8.2.2印制线条及电路的高频参数计算 229

8.2.3决定多层印制电路板的布线安排 232

8.2.4高速印制电路板的接地设计 236

8.2.5高速电路板布线的其他方法 237

8.3数字电路的电容设计 239

8.3.1开关电路供电的特点和解决方案 240

8.3.2电容器的自谐振频率 240

8.3.3数字电路电源系统电容的设计方法 242

8.3.4数字电路电源系统设计遇到的实际问题 243

8.4时钟电路的电磁兼容设计 247

8.4.1概述 247

8.4.2时钟电路设计方法 248

8.4.3时钟电路的电磁兼容设计举例 255

8.4.4时钟电路印制线条的布线方法 257

8.4.5减小时钟电路辐射的方法 260

8.4.6时钟电路引起的串音、保护线的安排 262

8.4.7时钟线条终端方法 264

8.5 I/O电路及背板和连接器的设计 267

8.5.1连接器设计的基本概念 267

8.5.2 I/O电路、背板和连接器设计的一般原理 268

8.5.3印制电路板到背板的连接设计 276

8.5.4插板到插槽的阻抗控制 278

8.5.5 I/O电路与背板和连接器设计的经验方法 279

8.5.6多层印制电路板电磁兼容设计的理论方法 283

第9章 静电、静电测量和静电防护 288

9.1静电的产生 288

9.1.1静电产生的机理 288

9.1.2静电产生方式 289

9.1.3静电的屏蔽性 290

9.1.4电子产品敏感特性 291

9.2静电放电（ESD）试验模型 293

9.2.1人体模型 293

9.2.2带电器件模型 296

9.2.3电场感应模型 297

9.3危害 298

9.3.1引起爆炸和火灾 298

9.3.2给人以电击 298

9.3.3妨碍生产 299

9.3.4对电子产品的影响 299

9.4测量 300

9.4.1电子元器件静电放电（ESD）敏感度测量 300

9.4.2电子设备静电放电（ESD）敏感度试验 301

9.5静电放电（ESD）的防护 302

9.5.1一般措施 302

9.5.2仪器和设备的防静电放电（ESD）措施 306

9.5.3软件防静电放电（ESD）措施 312

第10章 雷电及电磁脉冲的防护技术 313

10.1雷电基础知识 313

10.1.1雷电形成的物理过程 313

10.1.2雷电活动规律 317

10.2雷电及电磁脉冲的物理特性 319

10.2.1雷电流波形及一般物理特性 319

10.2.2雷电电磁脉冲的频谱分析 321

10.2.3电磁脉冲的波形和频谱 323

10.2.4雷电及电磁脉冲的传播途径 326

10.3雷电电磁脉冲的物理效应和电磁效应 328

10.3.1电磁脉冲对器件或系统（设备）的电磁效应 328

10.3.2电磁脉冲对地下长传输电缆的影响 332

10.3.3对供电线的影响 335

10.4雷电和电磁脉冲的防护原理 335

10.4.1接闪 336

10.4.2屏蔽 337

10.4.3均压（等电位） 337

10.4.4接地和接地电阻 338

10.5过压保护原理及其器件 342

10.5.1过压保护原理 342

10.5.2过压保护器件（SPD） 343

10.6雷电、电磁脉冲防护技术的应用 360

10.6.1关于防雷规范的讨论 360

10.6.2接闪器 362

10.6.3地网 367

10.6.4防雷器总体要求 369

10.6.5电源防雷器的要求和安装 370

10.6.6信号防雷器要求 375

10.6.7防护技术应用 378

第11章 电磁兼容性测量及测量标准 384

11.1电磁兼容性测量的基本概念 384

11.1.1电磁干扰形成原因 384

11.1.2电磁辐射的基本概念 385

11.1.3几种电磁兼容测量量纲及换算关系 387

11.2电磁兼容性测量需要的主要仪器和设施 389

11.2.1接收设备 389

11.2.2信号发生器 398

11.2.3功率放大器 402

11.2.4使用电子测量仪器注意事项 404

11.2.5电磁兼容性测量辅助设备 406

11.2.6电磁兼容性测量设施 415

11.3电磁兼容性性能预测试 420

11.3.1电磁干扰产生的根源 421

11.3.2干扰信号的频谱 424

11.3.3电磁兼容性性能预测试 426

11.3.4电磁干扰诊断方法举例 427

11.3.5辐射诊断测量注意事项 429

11.4电磁兼容性基本测量方法 429

11.4.1电磁辐射发射测量系统（RE）（电磁骚扰或辐射骚扰） 430

11.4.2电磁辐射敏感度测量系统（RS）（电磁抗扰度） 430

11.4.3传导发射测量系统（CE）（传导骚扰） 431

11.4.4传导敏感度测量系统（CS） 432

11.5电磁兼容性测量仪器和附件的校准 435

11.5.1电磁干扰测量系统的校准 436

11.5.2天线的校准 437

11.5.3电流探头传输阻抗校准方法 442

11.5.4电流注入探头插入损耗校准方法 443

11.5.5电源阻抗稳定网络校准 443

11.6电磁兼容性测量不确定度分析 444

11.6.1不确定度分析的基本概念 444

11.6.2 EMI测量不确定度分析 446

11.6.3电磁敏感度测量不确定度分析 448

11.7电磁兼容性标准概况 448

第12章 电磁兼容性故障诊断 459

12.1概述 459

12.2电磁兼容性故障矩阵 460

12.2.1故障矩阵原理 461

12.2.2不同分系统故障矩阵元素的分析 462

12.2.3电磁兼容性故障矩阵的综合分析 465

12.3电磁兼容性故障树——排除法 467

12.3.1故障树建立和分析的一般方法 467

12.3.2电磁兼容性故障树 469

12.3.3故障机理的排除法 470

12.4电磁兼容性故障监测与干扰识别 471

12.4.1潜在故障监测和设计改进 471

12.4.2显性故障的监测和分析 476

12.4.3电磁干扰识别 480

12.5电磁兼容性故障相似类比法和故障案例 484

12.5.1故障案例的收集及案例内容 485

12.5.2故障案例的录入和检索 486

12.5.3专家系统故障诊断 487

12.6电磁兼容性故障诊断综述 487

附录 489

附录A欧盟发布的19条安全指令 489

附录B部分电磁兼容国家标准 489

附录C部分电磁兼容国家军用标准 494

参考文献 495