ESD桌面的绝缘子伞裙的作用衬垫作用是什么

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接触放电(Contact discharge) ===
对正常使用过程中人手可触摸的金属表面进行放电。先把枪头垂直接触金属表面,再实施放电,对未特殊说明之表面金属绝缘烤漆部分,应先用尖头戳穿烤漆。
空气放电(Air discharge) ===
对非金属表面,缝隙进行放电。先触发放电开关,再快速靠近并触及待测部位后移开重新触发。
Contact &discharge
Air discharge
+/-4(CE标准测试等级)
+/-8(CE标准测试等级)
实验室试验的配置
接地参考平面,最小厚度0.25mm(铜或铝),其他金属材料至少0.65mm最小尺寸1 m*m,实际尺寸取决于受试设备大小,每边至少伸出受试设备或耦合板0.5m,并与保护接地相连。
受试设备与实验室墙壁和其他金属性结构之间最小距离 1m。
不容许受试设备有其他附加的接地连接线。
耦合板应采用和接地参考平面相同的金属和厚度,且每端经过一470 K ohm电阻与接地参考平面连接。电阻能耐受放电电压且具有良好绝缘和防止电荷积累,避免对接地参考平面短路。
EUT放在位于接地参考平面之上的0.8m高的木桌上
放在桌面上的水平耦合板(HCP)面积1.6m×0.8m,并用一个厚度为0.5mm的绝缘衬垫将EUT和电缆与耦合板隔离
落地式设备&
&EUT和电缆用厚度约0.1m的绝缘支架与接地参考平面隔开
试验环境条件
气候条件 ===
空气放电试验时,气候条件应在下述范围内:
环境温度: 15摄氏度~ 35摄氏度
相对湿度: 30%~60%
大气压强: 86
kPa ~106 kPa
电磁环境 ===
实验室的电磁环境不应影响实验结果。
对受试设备直接施加的放电
施加静电放电于EUT在正常使用时,人能接触得到的点及表面
可使用20次/sec功能,来预先选择测点
在预选点上,至少施加10次单次放电,间隔约1秒
接触放电前,须先將放电头接触EUT,有烤漆处须用尖头戳穿烤漆层,再放电测试
空气放电时,使用圆形放电头,触发开关后,以尽快速度接触EUT
试验电压应从最小值到选定的试验电压值逐渐增加
ESD放电时枪头应与待测体表面保持垂直
对受试设备间接施加的放电
对放置于或安装在EUT附近的物体的放电应用静电放电发生器对耦合板接触放电的方式进行模拟
在EUT每侧的一些点上,至少对水平耦合板施加10次单次放电
对VCP的一个垂直边的中心至少施加10次单次放电
通过调整耦合板位置,使EUT四面的不同位置都受到放电测试
耦合板与EUT的距离为0.1m
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上海乔跃电子有限公司是一家集研发、生产、销售和服务于一体的厂商,专业化提供生化仪器、分析仪器、玻璃仪器、实验室产品的高新技术企业。公司主要从事销售、生产各式的实验仪器,分析仪器,主要产品有雪花制冰机,低温恒温槽,超声波清洗机,制冰机,超声波细胞粉碎机,冷冻干燥机,超净工作台,恒温干燥箱,离心机,生化培养箱,电热恒温干燥箱,静电放电试验桌,超净工作台,生物安全柜,梅毒旋转仪等等。
【详细说明】
产品说明:JOYN品牌遵循IEC和GB/T17626.2静电放电抗扰度试验标准,可提高静电放电试验的重复性与可比性。静电试验台也可用于IEC和GB/T17626.4电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。主要特点:这套试验配置是针对静电放电试验专门设计的,完全符合IEC和GB/T17626.2标准的要求,对提高静电放电试验的重复性和可比性有重要作用。根据被试设备不同,静电放电试验有台式和落地两种配置,ESD-DESK则是两种配置的组合。本配置还可以用于其他抗扰度试验。技术参数:&&
500&500&1.5mm
500&500&1.5mm
500&500&1200mm
&&桌面式静电放电试验台ESD-DESK-A◆组成:桌面式◆桌面式配置:垂直耦合板(含支撑座)、绝缘衬垫、水平耦合板、试验桌、参考接地板、电阻电缆落地式静电放电试验台ESD-DESK-B◆组成:落地式◆落地式配置:垂直耦合板(含支撑座)、绝缘基座、参考接地板、电阻电缆&组合式静电放电试验台ESD-DESK-AB◆组成:桌面式+ 落地式◆桌面式配置:垂直耦合板(含支撑座)、绝缘衬垫、水平耦合板、试验桌、参考接地板、电阻电缆◆落地式配置:垂直耦合板(含支撑座)、绝缘基座、参考接地板(与桌面式共用)、电阻电缆
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第一篇&&&&&
ESD定义和静电产生原理
ESD的表现形式和危害
ESD解决方案
ESD测试方法
ESD保护器件常见种类及优缺点
ESD保护器件选用和替换原则
第二篇&&&&&
EMC(EMI/EMS
EMC产生和传播方式及危害
EMC(EMI/EMS)测试
EMC(EMI/EMS)的对策方案
应对EMC(EMI/EMS)的元器件及选用原则
定义和静电产生原理
ESD:Electrostatic
Discharge即“静电放电”的意思,静电放电是具有不同静电电位的特体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。静电是一种电能,它存在于物体表面。物质都是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子A而侵入其他的原子B,A原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子、B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)。这种正负电荷在局部失衡时就会产生静电.静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称。静电的产生取决于物体的起始电压、电阻、电感和寄生电容:1.
可能产生电弧的比如人体、带电器件和机器。2. 可能产生尖峰电弧的比如手或金属物体。3.
可能产生同极性或者极性变化的多个电弧的比如家具。常见的静电现象有接触分离、摩擦起电、感应起电、传导起电.
的表现形式和危害
静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中,如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而,静电放电ESD(Electro-Static
Discharge)却又成为电子产品和设备的一种危害,造成电子产品和设备的功能错乱甚至部件损坏。
ESD表现形式:
静电放电的模式通常可以分为机器装置放电模式(Machinery ESD model)、家具放电模式(Furniture ESD
model)、人体放电模式(Personnel ESD model)等三类。简单说明如下:
机器装置放电模式较容易在自动化的控制流程中发生,因在自动化机器中被绝缘之金属组件与绝缘体的摩擦、或是绝缘液体或高压气体等流过摩擦产生的静电,当能量累积到某程度而对邻近形成放电的情形。
家具放电模式通常发生在金属家俱与绝缘物体的摩擦,如在地毯上或塑料地板拉动家具,或是人从椅子上站起来瞬间的摩擦产生静电。
人体放电模式是因人体的动作摩擦产生静电,如我们穿胶鞋在地毯行走时,因摩擦使地毯带正电胶鞋带负电,此时人体脚底会感应而带正电,同时使上半身带负电,
若这时候如用手接触半导体电子组件,会导致该组件损坏。
上述三种形式的静电放电对半导体制程和电子产品组装都显得很重要,其中以人体放电模式所产生的放电电压,对电子产品(半导体组件)之伤害问题最广。
其它还有:微电子器件带电型、场感类型、场增强模型、人体金属模型、电容耦合模型、悬浮器件模型。
ESD对电子产品的危害:
ESD破坏电子元件是完全感觉不到的,要产生能听到“啪啪”声的放电需要约2000V的电荷积累,3000V电荷可以感到像一次小的电击,5000V才可看到火花。
ESD能量是经由传导性能量转移方式引入产品的电子组件内, 主要破坏力是瞬间峰值电流, 电压是引导放电作用的诱发位能.
ESD开始时是经由直接(电流)或间接辐射方式以快速的瞬时突波冲击到电路组件上, 这当中有电流热效应也有电磁场的干扰效应。
ESD 对造成电子组件失效情况可概分三种情形, (1) 硬件失效(Hard failure),(2) 潜在性失效(Latent
failure)和 (3) 场强感应失效 (Field induction failure)
硬件失效问题: ESD电弧电压(Spark voltage)窜入半导体内部使绝缘部位损坏.
如在P-N接合点短路或开路,内部绝缘的氧化层贯穿(punch-through)-金属氧化处理部位产生熔蚀(melting)等,
这都是属于永久性失效.如图6;图7.
潜在性失效问题: 当ESD发生时系统虽暂时受到影响,仍然可继续动作, 但功能会随时间逐渐变差, 隔数日或数周后系统出现异常,
最后成为硬件失效. 这是因为半导体组件已经受到部分不可回复的损伤, 随着使用时间日增,异常功能自会逐渐显现.
这种失效是最难捉模,无法以失效模式分析确认. 若使用者若遇这类产品, 应该要能意识到该产品的质量状况,尚不成熟.
感应场强失效问题: 当 ESD的高压放电火花跟电流会对产生电场辐射效应, 这种宽带的辐射, 经常使临近的电路受干扰而失常,
如Latch-Up, 或暂时性程序错乱,及数据流失等, 严重时更会损伤硬件成为永久行硬件失效.
ESD电流产生的场可以直接穿透设备,或通过孔洞.缝隙.通风孔.输入输出电缆等耦合到敏感电路.当ESD电流在系统内部流动时,它们激发路径中所经过的天线,这些天线的发射效率主要依赖于尺寸.ESD脉冲所导致的辐射波长从几厘米到数百米,这些辐射能量产生的电磁噪声将损坏电子设备或者骚扰它们的运行.
电磁噪声可通过传导或辐射方式进入电子设备.电路及ESD的近场.辐射耦合的基本方式可以是电容或电感方式取决于ESD源和接受器的阻抗.在远场,则存在电磁场耦合.
如果ESD感应的电压和/或电流超过电路的信号电平,电路操作将失常.在高阻抗电路中,电流信号很小,信号用电压电平表示,此时电容耦合将占主导地位,ESD感应电压为主要问题.在低阻电路中,信号主要为电流形式,因而电感耦合占主导地位,ESD电流将导致大多数电路出现问题.
因为使设备产生损坏比导致它失常所必需的电压和电流要大1~2个数量级,损坏更有可能在传导耦合时产生,这就是说,造成损坏,ESD电火花必须直接接触电路,而辐射耦合通常只导致工作失常.
所有的元器件、组件和设备在焊接、组装、调试和实际使用的全寿命过程中都有可能受到静电或ESD的破坏或损伤。所以对元器件、组件和设备要有一定的抗静电能力才能保证其静电安全,就像人本身要有一定的抗病毒能力样。
现在各类数码产品的功能越来越强大,而电路板却越来越小,集成度越来越高。并都或多或少的装有部分接口用于人机交互,这样就存在着人体静电放电的ESD问题。一般数码产品中需要进行ESD防护的部位有:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口。
结构上的解决方案:
如果将释放的静电看成是洪水的话,那么主要的解决方法与治水类似,就是“堵”和“疏”。如果我们设计的产品有一个理想的壳体是密不透风的,静电也就无从而入,当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙,而且许多还有金属的装饰片,所以一定要加以注意。
其一,用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离,即增加外壳到电路板之间的距离,或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离,这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。
通过结构的改进,可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。根据经验,8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。
其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的,可以看成是一个金属的屏蔽层,这样可以将静电导在壳体上;再将壳体与PCB(Printed
Board)的地连接,将静电从地导走。这样处理的方法除了可以防止静电,还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间,还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来,金属屏蔽罩再连接PCB的GND。
总之,ESD设计壳体上需要注意很多地方,首先是尽量不让ESD进入壳体内部,最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走,不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心,因为很可能带来意想不到的结果,需要特别注意。
PCB板上的解决方案:
现在产品的PCB(Printed Circuit
Board)都是高密度板,通常为4层板。随着密度的增加,趋势是使用6层板,其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面,越大的空间可以有更多的空间摆放元器件,同时,走线的线宽和线距越宽,对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面,数码产品设计的小巧又是趋势与需要。所以,设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言,设计上需要注意的地方很多,尤其是关于GND布线的设计以及线距,很有讲究。有些产品中ESD存在很大的问题,一直找不到原因,通过反复研究与实验,发现是PCB设计中的出现的问题。为此,这里总结了PCB设计中应该注意的要点:
(1)PCB板边(包括通孔Via边界)与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围;
(3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm;
(4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3
(5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3
(6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm~0.3mm;
(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔(VIa)相连;
(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角,有尖角应尽量使其平滑。
电路器件的解决方案:
在壳体和PCB的设计中,对ESD问题加以注意之后,ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中,尤其是以下一些端口:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口,这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以,需要在这些端口中使用ESD防护器件。
以往主要使用的静电防护器件是压敏电阻和TVS器件,但这些器件普遍的缺点是响应速度太慢,放电电压不够精确,极间电容大,寿命短,电性能会因多次使用而变差。所以目前行业中普遍使用专业的“静电抑制器(Electrostatic
Suppressor)”来取代以往的静电防护器件
。“静电抑制器”是专业解决静电问题的产品,其内部构造和工作原理比其他产品更具科学性和专业性。它由聚合物高分子材料制成,内部菱形分子以规则离散状排列,当静电电压超过该器件的触发电压时,内部分子迅速产生尖端对尖端的放电,将静电在瞬间泄放到地。它最大特点是反应速度快(0.5ns~1ns)、非常低的极间电容(0.05pf~3pf),很小的漏电流(1μA),非常适合各种接口的防护。
因为静电抑制器具有体积小()、无极性、反应速度快等诸多优点,现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多,在使用时应注意以下几点:
将该器件尽量放置在需要保护的端口附近;
到GND的连线尽可能短;
所接GND的面积尽可能大。
ESD测试设备分为整机设备ESD试验和元器件ESD测试以及工厂ESD检测。ESD测试要有专门的设备并根据相关的ESD测试标准或参考相关的ESD测试方法才能获得准确的测试结果。不同的ESD测试设备或ESD测试仪是根据不同的ESD测试原理和ESD测试模型进行的。例如对于手机ESD测试就要按手机ESD测试标准或ESD测试方法,在国际上最常用的是IEC,国内是按国家标准GB17626.2。
国际间对电子产品防护人体放电模式的法规要求日益严谨,即使半导体电子组件在出厂前通过零件标准法规的静电测试,被安装到成品后经常仍不能通过系统产层次的法规要求。
模拟人体放电(150pF/330W)测试方法包括下列事项.
空气放电测试:是仿真人的手指在接触电子产品时发生静电放电的情况。 静电枪(电路构造如图一)用8mm的放电头,
对电子产品操作人员经常容易接触的非金属部位做测试, 测试电压由低电压到高电压, 通常测到正负8kV。
但法规中保留容许高于正负15kV的测试条件。
接触放电测试:是模拟操作人员直接或间接透过手工具接触电子产品时发生放电的情况。测试时静电枪经过放电头的尖端对待测产品的金属部位做测放电测试。
测试电压仍由低到高, 通常测到正负4kV。 此项测试法规保留容许高于正负4kV的测试条件。
水平与垂直金属板放电测试: 是仿真操作人员靠近电子产品接触临近的物品放电时,产生耦合场效应,
这项测试是以静电枪对平行板及水平板放电方式执行. 测试电压条件与接触放电测试相同。
图1. 仿真人体静电放电静电枪装置
测试架构示意图
(1):X保留对产品个别指定的测试规格.
(2):测试环境相对湿度须保持30%&60 %; 15&#51;
(3):样品至少须打200次以上的放电.
测试电压与环境条件。
保护器件常见种类及优缺点
以硅技术为代表的ESD器件,如瞬态电压抑制器TVS管。
原理:利用PN结的反向击穿,将静电能量导入大地。
优点:响应速度快,钳位电压很低;
因本身不承受静电能量,所以抗冲击次数较高。
这类分立和多通道器件设计用于保护数据线和I/O线免受ESD和低级别瞬态浪涌的伤害。它的关键特性是非常低的钳位电压,这允许它们保护最敏感的电路。
缺点:单向性,实现双向保护必须使用至少两个PN结;
漏电流较大;
容值较高,低容值产品价格较高;
因本身不承受静电能量,所以静电能量走到大地上之后,如果此大地做的不干净,那么可能对局部电路还会产生影响。
以陶瓷技术为代表的ESD器件,如多层压敏电阻MLV,
金属氧化物压敏电阻MOV等
原理:利用氧化锌等压敏材料的特性,实现对静电的防护。
优点:稳定;
价格极低;
因本身承受静电能量,所以流到大地上的能量减少很多。
可提供ESD保护和低级别的电涌保护。它们的小形状因子(尺寸已下降到0402
和0201)使得它们非常适合于便携式应用(如手机和数码相机等)。
缺点:钳位电压较高;
漏电流较大;
容值较高,低容值产品价格较高;
因本身承受静电能量,所以抗冲击次数不高。
c)&&&&&&&&
以聚合物技术为代表的ESD器件
原理:以高分子为载体加入导体粒子、压敏材料、绝缘粒子从而构成一个压敏&&&&&
体系,在电压超过一定区间的范围内,由非导体剧变为导体,导电性
电压的升高而急剧增加,从而实现对静电的防护。
优点:无极性;漏电流极低;
&电容极低。
用于产生最小的寄生电容值(&0.2pF)。这一特性允许它们用于高速数字和射频电路,而不会引起任何信号衰减。
缺点:高分子材料,耐高温耐老化能力差;
钳位电压较高;
抗冲击次数不高。
以玻璃陶瓷技术为代表的ESD器件,此为最新技术代表,与上述三类产品的实现技术各不相同
原理:利用具有非线性电阻特性的玻璃陶瓷两相复合物的材料体系,含有多种氧化物的陶瓷相和玻璃相,该材料体系在被施加低电压时呈高电阻,在被施加高电压时呈低阻态。
优点:无极性;
钳位电压与TVS相当;
漏电流极低,相应速度快;
耐高温,耐老化;
抗冲击次数高。
缺点:触发电压稍高;
目前封装只有。
保护器件选用和替换原则
ESD保护器件的主要性能参数:
最大工作电压Max Working Voltage:
允许长期连续施加在ESD保护器件两端的工频电压的有效值,在此工作状态下ESD器件保持高阻态,这个电压大于等于正常工作电压即可。
触发电压Triggering& Voltage
ESD元件开始动作(导通)电压,是电压曲线的最高点,这个电压根据被保护对像的工作特性来定,太高了起不到保护作用,太低了会影响到正常工作。
钳位电压Clamping Voltage
关键参数之一,ESD元件上的类似于稳态电压,一般在指定时间(30NS)读取,其值越小使得静电脉冲对被保护器件的损伤越小。
漏电电流Leakage Current
在指定直流工作电压的作用下,ESD保护器件中流过的电流,其值越小对被保护电路影响越小。
电容Capacitance
关键参数之一,给定电压、频率下测得。其值越小,对传输信号影响越小,对数据信号的正常传输起重要作用。但不是说这个值越小越好,大体上,在高频信号需要做ESD防护的时候,就需要1PF以下的低容值。
(EMI/EMS)
电磁兼容性(Electromagnetic
Compatibility)缩写EMC是一个设备或装置与其它装置同时操作时,不会因为电磁干扰问题而影响正常工作之能力。EMC(电磁兼容性)也包括EMI(电磁干扰)和EMS(电磁耐受性)。
一个设备或装置在操作过程中有不利功能的电磁讯号出现,此电磁讯号是不想要且没意义的,它可能来自外界亦可能来自自己,这些电磁信号会与电子元件作用,产生干扰现象,称为EMI(Electromagnetic
Interference)。例如,TV荧光屏上常见的“雪花”,便表示接受到的讯号被干扰。
EMS(Electro Magnetic
Susceptibility,电磁耐受性)是指一个设备或装置在操作过程中不受周遭电磁环境影响的能力。
产生和传播方式及危害
EMC产生方式:
理论和实践的研究表明,不管复杂系统还是简单装置,任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应该具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。
因此干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。 一般说来电磁干扰源分为两大类:自然干扰源与和人为干扰源。
自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分,同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰,也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。
  人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备,称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射,如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。
  干扰源的分类方法很多,除了上述分类方法外,从电磁干扰属性来分,可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;非说功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。
  从电磁干扰信号频谱宽度来分,可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。
干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为当代干扰,反之称为窄带干扰源。
从干扰信号的频率范围来分,可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz~300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干扰源(300MHz~100GHz)。
EMC电磁干扰的传播途径:
任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径(或传输通道)。通常认为电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式;另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看,干扰偶合可分为传导偶合和辐射偶合两大类。
CE(Conducted
Emission):传导放射性,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。
RE(Radiated Emission):辐射放射性,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。
  传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接,干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器,发生干扰现象。这个传输电路可包括导线,设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。
辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射偶合由三种:1.
甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受,称为天线对天线偶合;2.
空间电磁场经导线感应而偶合,称为场对线的偶合;3.两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线的感应偶合。
在实际工程中,两个设备之间发生干扰通商包含着许多种途径的偶合。正因为多种途径的偶合同时存在,反复交叉偶合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。
EMC(EMI/EMS)的危害:
降低技术性能指标
无线和有线电话,受到电磁干扰会使信号发生畸变失真,严重时可完全被电磁干扰淹没。电磁干扰使语言清晰度变坏。电磁干扰越强,信噪比越小,语言清晰度越差。
图像显示系统
雷达显示器、传真、电视、图示和字母数字读出器等图像显示系统,在电磁干扰作用下会变得模糊并出现差错。轻微干扰也会使图像质量变差、清晰度变低和误差变大。而出现严重干扰时则根本无法判读和观看。  
电磁干扰使数字系统误码率增大,降低了信息的可靠性,严重时会发生错误和信息丢失。  
指针式仪表系统
传统电子设备和仪器仪表中有许多是指针式的。电磁干扰会使指针指示错误、抖动和乱摆,降低系统使用功能。  
自动控制系统受到电磁干扰时,可能出现失控、误控或误动作,使控制系统的可靠性和有效性降低,并危及安全。控制系统中除灵敏电子设备、装置和电路对电磁干扰敏感外,灵敏电机、电器(如低压电磁开关、继电器、微型电机等)也对电磁干扰十分敏感而成为电磁干扰接受器。
电磁兼容性故障
电磁干扰降低系统(设备)技术性能指标的现象极为普遍。日常生活中最容易受到干扰的就是电视机和收音机,但当干扰源关机或者远离时干扰症状随之消失,一切又都恢复正常。手机干扰心脏起搏器和电子输液装置,如果造成心脏手术失败,出现灾难性电磁干扰危害,被称为“电磁兼容性故障”。又如,强电磁干扰使无线电接收机前端电路烧毁不能恢复正常工作;游乐场过山车因电子游戏机电磁干扰失控而相撞,造成游客受伤;核电站因移动电话电磁辐射误关闭等,均属于电磁兼容性故障。电磁兼容性故障会给国防、工业、交通运输、医疗和科研等带来巨大损失并危及人身安全。
电磁干扰使金属之间因电磁感应电压而产生电火花或飞弧,引燃该处易燃气体导致易燃物燃烧。燃油等易燃液(气)体在容器内或管道内流动摩擦产生静电积累,在一定条件下发生静电放电也可能误燃。例如,加油站、加油车(油车)因电磁感应电压产生的电火花或静电火花,均可能引起火灾爆炸事故。特别是接地装置失效时,更会加剧上述危险发生。国外曾有关于宇航舱地面模拟训练时充氧舱内电火花引燃氧气造成宇航员窒息事件,以及谷物仓库因静电火花引燃干燥谷物粉末造成仓库爆炸事件的报导。
电爆装置暴露在强电磁干扰的环境中有可能发生误爆。在安装有电爆装置的系统设备中,同电爆装置相连接的导线电缆、金属构件、器件等,由电磁干扰产生的感应电流或来自其它设备的电磁干扰传导电流施加到电爆装置上时,就可能发生误爆。电磁干扰误爆会使功能爆炸失控、早爆和误爆,危及系统设备和人员的安全。
电磁干扰中含有大量信息。例如,电脑产生的电磁辐射中含有各种数据信息。除经过专门反窃密设计的电子系统设备外,一般电子系统设备均有电磁泄漏。现代侦测系统很容易从电磁干扰中得到重要信息。电磁干扰辐射可能造成政治、军事、经济和工业等保密信息的泄密。
电磁干扰是重要的电磁暴露。国家利益需要的科研、军事、工业等隐蔽设施项目,在成果尚未投入使用前,试制调整试验过程产生的外泄电磁干扰可能会造成电磁暴露。
电磁辐射危险
电磁波作用到人体和动植物上,可以被反射、吸收和穿透。这种非电离射频辐射生物效应,一直被人类关注。因为在一定条件下,电磁辐射可导致中枢神经系统机能障碍和植物神经功能紊乱、眼睛损伤、诱发癌症或免疫缺陷性疾病。为预防电磁辐射危害,把微波功率分为三个等级:致热效应功率密度为10mW/cm2(相当远场199&#57360;5V/m场强)。只有当人体受到微波照射场强大于200V/m时,才有可能发生上述危险。微热作用功率密度为1~10mW/cm2(相当远场63&#9&#57360;5V/m场强范围)。非致热效应功率密度小于1mW/cm2(相当远场63&#57360;1V/m场强)。一般情况人体处在小于63&#57360;1V/m场强环境中是安全的。在电磁辐射危险中还有一种是射频灼伤。处在强电磁场中的金属物体(如发射天线下方的金属导体、吊车和舰船金属栏杆等),会有危险的感应电压,当人体触及时可能会被灼伤或有触电感觉。
电磁辐射危险,强场比弱场严重,高频比低频严重,时间长比时间短严重。人类应远离大功率设备,但也不应忽视小功率危险。例如,贴近大脑的手机电磁辐射并非很小,许多不合格家电的电磁辐射超标,某些低频设备非致热效应等,都不应该忽视。
(EMI/EMS)测试
工业产品电磁兼容性(EMC)相关测试种类及依据标准
EMI/电磁干扰检测标准:
·CE(Conducted Emission)/传导放射测试:EN 55011
·RE(Radiated Emission)/辐射放射测试:EN 55011
EMS/电磁耐受性检测标准:
·CS(Conducted Susceptibility)/传导抗扰测试:EN
·RS(Radiated Susceptibility)/辐射抗扰测试:EN
·ESD(Electrostatic discharge)/静电抗扰测试:EN
·EFT/Burst(Electrical fast transient)/快速瞬时脉冲抗扰测试:EN
·PFMF(Power frequency magnetic field)/电源频率磁场抗扰测试:EN
* Surge/雷击突波抗扰测试:EN
* PQF(Voltage dips, interruption and
variation)/电压瞬变抗扰测试:EN
*:仅供参考,非必要。
工业产品电磁兼容性(EMC)相关检验项目
电磁发射(EMI)的检验项目有:   
&#9312;.&& 连续干扰电压(150kHz~30MHz);
&#9313;.&&
断续干扰电压(喀呖声)(150kHz、500kHz、1.4 MHz和30MHz);    
&#9314;.&& 干扰功率(30MHz~300MHz)
&#9315;.&& 谐波电流(2~40次谐波)   
电磁抗扰度(EMS)的检验项目有: 
&#9312;.&& 静电放电抗扰度;
&#9313;.&& 辐射电磁场(80MHz~1000 MHz)抗扰度;
&#9314;.&& 电快速瞬变/脉冲群抗扰度;    
&#9315;.&& 浪涌(雷击)抗扰度;     
&#9316;.&& 注入电流(150kHz~230MHz)抗扰度;
&#9317;.&& 电压暂降和短时中断抗扰度
(EMI/EMS)的对策方案
EMC设计应是任何电子器件和系统综合设计的一部分。它远比试图使产品达到EMC的其他方法更节约成本。EMC的主要设计技术包括:电磁屏蔽方法、电路的滤波技术以及包括应特别注意的接地元件搭接的接地设计。比如下图手机电路中的滤波应用:
一般来说,驱动当今电子设备的装置要安装在PCB上。这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的元件和电路构成。因此,PCB
EMC设计是EMC设计中的下一个最重要的问题。有源元件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在EMC设计时加以考虑。一些PCB元件还需要进行屏蔽。
再次,内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。因此,包括走线方法和屏蔽的内部电缆EMC设计对于任何给定器件的整体EMC来说是十分重要的。
在PCB的EMC设计和内部电缆设计完成以后,应特别注意机壳的屏蔽设计和所有缝隙、穿孔和电缆通孔的处理方法。
最后,还应着重考虑输入和输出电源和其他电缆滤波问题。
一般来讲,EMI防护是一个系统工程,从产品设计开发阶段即需要将EMI贯穿始终。但是,由于各个方面的原因,高频线路很难达到在PCB设计阶段即解决EMI问题,大多都需要通过对机壳进行屏蔽处理来达到防EMI效果
(EMI/EMS)的元器件及选用原则
信号线滤波器
  信号线滤波器是用在各种信号线上的低通滤波器,用来滤除高频干扰成分。可分为线路板滤波器、馈通滤波器和连接器滤波器等三种。线路板滤波器适合于安装在线路板上,具有成本低、安装方便等优点;馈通滤波器适合于安装在屏蔽壳体上,特别适用于单根导线或电缆穿过屏蔽体时使用;滤波器连接器适用于多根导线或电缆穿过屏蔽体时使用。滤波器连接器在外形上和尺寸上都和普通连接器相同,两者完全可以互换。但滤波器连接器的每个针或孔上都有一个低通滤波器,它的电路可以是单个电容的,也可以是L型或π型的。
  选用信号线滤波器时,应根据使用的场合,选择滤波器的类型,根据滤波要求选择滤波器的电路和性能指标,为了保证信号频率顺利通过滤波器,滤波器的截止频率应高于信号频率的上限。此外,还应正确选择滤波器的工作电压、电流、温度范围等。在使用信号线滤波器时,最重要的是保证滤波器有良好的接地,接地线应尽量短。滤波器外壳应与屏蔽体有良好的电接触,可以使用焊接方式或采用射频电磁密封衬垫。
由于EMC所面临解决问题大多是共模干扰,因此共模电感也是我们常用的有力元件之一!共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加,从而具有相当大的电感量,对共模电流起到抑制作用,而当两线圈流过差模电流时,磁环中的磁通相互抵消,几乎没有电感量,所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号,而对线路正常传输的差模信号无影响。
共模电感在制作时应满足以下要求:
绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。
2) 当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。
3) 线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。
4) 线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。
通常情况下,同时注意选择所需滤波的频段,共模阻抗越大越好,因此我们在选择共模电感时需要看器件资料,主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响,主要关注差模阻抗,特别注意高速端口。
铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。
铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频时呈现电阻性,相当于品质因数很低的电感器,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高高频滤波效能。在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。&&
在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小
但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件,就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰,它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
使用片式磁珠还是片式电感主要还在于实际应用场合。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是最佳的选择。
片式磁珠和片式电感的应用场合: 片式电感:
射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs(个人数字助理),无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠:
时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,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。
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。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图,一般以100MHz为标准,比如是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆。针对我们所要滤波的频段需要选取磁珠阻抗越大越好,通常情况下选取600欧姆阻抗以上的。
另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量,一般需要降额80%处理,用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。
滤波电容器
长期以来,一直使用旁路和去耦电容来减小PCB上产生的各种噪声,由于成本相对较低,使用容易,还有一系列的量值可选用,电容器常常是电路板上用来减小电磁干扰(EMI)的主要器件。由于寄生参数具有重要的影响,故电容器的选择要比其容量的选择更为重要。制造电容器的方法很多,制造工艺决定了寄生参数的大小。
尽管从滤除高频噪声的角度看,电容的谐振是不希望的,但是电容的谐振并不是总是有害的。当要滤除的噪声频率确定时,可以通过调整电容的容量,使谐振点刚好落在骚扰频率上。
在实际工程中,要滤除的电磁噪声频率往往高达数百MHz,甚至超过1GHz。对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。这是一个三端口表面贴装器件。图7所示的是穿心电容器的等效电路。该结构在允许信号穿越器件的同时,利用电容将EMI噪声滤波到地。
图7:穿心电容器的等效电路。
对于寄生参数来说,这种几何结构具有几个有趣的问题。首先,电容器的寄生电感要比具有等效电容的相当尺寸的片式电容器要小得多。可以测量穿心电容的寄生电感,大约为250pH。该相同的现象是在降低了电感的同时也降低了ESR(通道长度,通道长度,通道长度!)最后,穿通部分中电感的引入将增加衰减带宽普通电容之所以不能有效地滤除高频噪声,是因为两个原因,一个原因是电容引线电感造成电容谐振,对高频信号呈现较大的阻抗,削弱了对高频信号的旁路作用;另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合,降低了滤波效果。
穿心电容之所以能有效地滤除高频噪声,是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问题,而且穿心电容可以直接安装在金属面板上,利用金属面板起到高频隔离的作用。但是在使用穿心电容时,要注意的问题是安装问题。穿心电容最大的弱点是怕高温和温度冲击,这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。许多电容在焊接过程中发生损坏。特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时,只要有一个损坏,就很难修复,因为在将损坏的电容拆下时,会造成邻近其它电容的损坏。
电源线滤波器
  电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。为防止这两种情况的发生,必须在设备的电源接口安装电源线滤波器。它只允许电源频率通过,而高于电源频率的电磁干扰却受到很大的衰减。
  电源线上的干扰以两种形式出现,在火线、零线回路中的干扰为差模干扰,在火线、零线与地线回路中的干扰为共模干扰。虽然电源线滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但效果不一样,应分别给出两者的插入损耗。除了特别说明允许不接地的滤波器外,所有电源滤波器都必须接地,因为滤波器中的共模旁路电容只有接地时才起作用。
  使用电源滤波器时,应尽量靠近电源入口处安装,并使滤波器的输入/输出端之间屏蔽隔离,避免电磁干扰从输入端直接耦合到滤波器的输出端。此外,滤波器的接地点还应尽量靠近设备的接地点。电源线滤波器的技术指标包括:最大泄漏电流、耐压、额定工作频率、额定工作电压、额定工作电流和温度范围等。
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