描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121372759丛书名: 电磁兼容技术系列
郑军奇老师继《EMC电磁兼容设计与测试案例分析（第3版）》之后的又一力作。一方面，对《电子产品EMC设计风险评估》中提出的“产品EMC设计风险评估法”（本书中改名为“产品EMC设计的分析方法”）进行升级，使技术内容的描述更精确、更全面、更有逻辑性；另一方面，将成熟的风险评估技术应用在产品EMC设计中，研究出产品EMC设计风险评估技术，形成一种新的产品EMC合格评定方法。
本书基于EMC测试原理，解读一种产品EMC设计的分析方法（包括产品机械架构设计、 滤波设计、 PCB设计），该方法可以用来指导产品的EMC设计，掌握该技术的工程师可以发现实际产品EMC设计的缺陷。避免了从技术角度出发谈论EMC设计而出现的过于理论化的问题, 通过本书所描述的EMC分析方法可以系统地指导开发人员避免产品开发过程中所碰到的EMC问题。同时，建立在这种产品EMC设计分析方法的基础上利用已有的风险评估手段，形成一种产品EMC设计风险评估技术，利用EMC设计风险评估技术可以评估产品在不进行EMC测试的情况下评估产品EMC测试失败的风险。这种分析方法和评估技术还可以与电子产品的开发流程融合在一起，通过每个步骤的EMC分析，指出产品设计的EMC风险，并给出解决方案或改进建议，以提高产品EMC测试的通过率，降低产品开发成本。大量的实践证明，通过该方法分析而设计的产品，也同样能在EMI测试中获得非常高的通过率。正确使用该方法能将产品在*轮或第二轮设计时，就通过所有的EMC测试，这种通过率在产品*轮设计时为90％~100%之间，第二轮设计时为100％。同时，正确使用EMC设计风险评估，将揭开产品EMC性能的黑盒，可以无需EMC测试而对产品进行EMC性能进行评价或合格评定，也可以与EMC测试结果结合对产品进行综合的EMC评价和合格评定，也可以作为产品进行正式EMC测试之前的预评估，以降低企业研发测试成本。本书以实用为目的，内容丰富，深入浅出，通俗易懂，相信它可以作为电子产品设计部门EMC方面必备参考书，也可以作为结构工程师、电子和电气工程师、PCB layout工程师、硬件测试工程师、质量工程师、系统工程师、EMC设计工程师、EMC测试工程师、EMC整改工程师、EMC仿真工程师及EMC顾问人员进行EMC培训的教材或参考资料, 还可以作为大专院校相关专业师生的教学参考书。
第1章 EMC与EMC设计基础 1
1.1 什么是EMC和EMC设计 1
1.2 产品的EMC性能是设计赋予的 3
1.3 EMC也是常规设计准则的例外情况 4
1.4 EMC理论基础 6
1.4.1 EMC相关基本单位 6
1.4.2 时域与频域 7
1.4.3 电磁骚扰单位分贝（dB）的概念 9
1.4.4 正确理解分贝真正的含义 11
1.4.5 电场与磁场 12
1.4.6 电路基本元器件及其基本特性 14
第2章 EMC设计与共模电流 18
2.1 EMC测试与共模电流分析 18
2.1.1 EMC测试是EMC设计的重要依据 18
2.1.2 辐射发射测试 19
2.1.3 传导骚扰测试 22
2.1.4 静电放电抗扰度测试 24
2.1.4 射频辐射电磁场的抗扰度测试 29
2.1.5 电快速瞬变脉冲群的抗扰度测试 33
2.1.7 浪涌的抗扰度测试 41
2.1.8 传导抗扰度测试（CS）和大电流注入（BCI）测试 47
2.1.9 电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试 52
2.2 产品电路中的共模和差模信号 55
2.3 EMC测试的实质与共模电流 57
2.4 典型共模干扰在产品内部传输机理 58
2.5 共模干扰电流干扰电路正常工作的机理 59
2.6 数字电路的噪声承受能力 62
2.7 EMI共模电流的产生与分析 67
2.7.1 传导骚扰与共模电流分析 69
2.7.2 辐射发射与共模电流分析 70
2.7.3 产生共模电流辐射的条件 76
第3章 风险评估概念及EMC设计风险评估 77
3.1 风险评估定义 77
3.2 EMC风险评估的目的和EMC设计风险评估 77
3.3 EMC设计风险评估对象 78
3.4 明确环境信息 78
3.5 EMC设计风险准则 78
3.5 EMC设计风险评估过程 79
3.5.1 概述 79
3.5.2 EMC设计风险识别 80
3.5.3 EMC设计风险分析 81
3.5.4 EMC设计风险评价 81
3.6 风险评估工具 82
3.6.1 风险指数法 82
3.6.2 风险矩阵法 82
3.6.3 层次分析法 83
3.7 风险评估报告要求 83
第4章 产品的机械构架EMC设计与接地设计 85
4.1 产品的机械构架决定共模电流路径 85
4.4.1 产品的机械构架决定共模电流机理 85
4.1.2 EMC抗干扰测试中的共模电流与产品的机械结构结构 91
4.1.3 机械构架设计实例分析 98
4.1.4 EMI共模电流与产品的机械架构设计 100
4.1.5 相关案例分析 105
4.2 接地是决定共模电流方向与大小的最重要因数 108
4.2.1 什么是接地与浮地 108
4.2.2 接地改变共模电流方向和大小的原理 109
4.3 电缆/连接器 在产品中的位置是决定共模电流的流向与大小的第二重要因素 110
4.3.1 EMC测试与连接器、电缆位置 110
4.3.2 EMI设计分析从连接器电缆开始 111
4.3.3 电缆引入的的EMC抗扰度问题 117
4.3.4 关注电缆的固有电阻、电容、电感对EMC的影响 118
4.3.5 敏感电路.EMI骚扰源的位置 和产品中共模电流的方向大小 119
4.4 电缆/连接器中抑制共模电流的方法 123
4.5 接口电路及其中的滤波、抑止可以改变共模电流的方向和大小 129
4.5.1 平衡电路设计 129
4.5.2 滤波器与抑制设计 130
4.6 隔离改变共模电流大小 132
4.6.1 变压器隔离在EMC中的实质 133
4.6.2 光电耦合器隔离在EMC中的实质 140
4.6.3 继电器隔离在EMC中的实质 146
4.6.4 使用共模扼流圈（共模电感）在EMC中的实质 147
4.7 浮地产品的共模电流与EMC分析 150
4.8 产品内部PCB板间的互连是产品EMC问题最薄弱环节 155
4.8.1 产品内部连接器与EMI 155
4.8.2 产品内部连接器与EMS 159
4.8.3 互联电缆中的串扰分析方法 160
4.9 相关案例分析 160
4.9.1 案例分析1 160
4.9.2 案例分析2 164
4.4.3 案例分析3 166
第5章 滤波、去耦、旁路设计 171
5.1 电容 171
5.1.1 电容的自谐振 171
5.1.2 电容的并联 175
5.1.3 X电容和Y电容 177
5.2 RC电路 177
5.2.1 RC微分电路 177
5.2.2 RC耦合电路 178
5.2.3 RC积分电路 180
5.3 再谈LC电路 182
5.4 滤波器和滤波电路的设计分析 183
5.4.1 什么是滤波器和滤波电路 183
5.4.2 滤波效果与阻抗 185
5.4.3 电源滤波器 186
5.4.4 信号接口滤波器的设计方法 188
5.5 常用信号接口电路的滤波器或滤波电路设计原理。 192
5.5.1 鼠标和键盘PS/2端口滤波器 192
5.5.2 RS232接口电路的滤波设计 192
5.5.3 RS422和RS485接口的滤波电路设计 193
5.5.4 E1/T1接口电路EMC设计 194
5.5.5 以太网接口电路EMC设计方法 195
5.5.6 USB接口电路EMC设计 198
5.6 滤波器或滤波电路的安装与放置 201
5.7 滤波器与共模电流 204
5.8 PCB板中的去耦设计方法 204
5.8.1 去耦的实质 204
5.8.2 去耦电容的选择方法 206
5.8.3 去耦电容的安装方式与PCB设计 208
5.9 电容旁路的设计方法 208
第6章 PCB EMC设计 210
6.1 什么是阻抗 210
6.1.1 阻抗与特性阻抗 210
6.1.2 阻抗的意义 211
6.1.3 阻抗在实际PCB中的体现形式 213
6.1.4 PCB中印制线阻抗 215
6.1.5 导线的阻抗 217
6.2 PCB中地平面的设计与分析方法 219
6.2.1 完整地平面的阻抗与设计方法 219
6.2.2 过孔、裂缝及其对地平面阻抗的影响 223
6.2.3 PCB中的过孔设计技巧 230
6.3 金属板的阻抗分析方法及在EMC中的应用 230
6.4 连接器对阻抗的影响 231
6.5 PCB设计中串扰的防止设计 231
6.5.1 串扰对产品整体EMC性能的影响原理 231
6.5.2 产品中的串扰是如何发生的 232
6.5.3 串扰模型分析 234
6.5.4 产品中串扰的防止方法 243
6.5.5 哪些信号之间需要考虑串扰问题 249
6.6 相关案例分析 250
6.6.1 连接器地阻抗引起的EMC问题案例 250
6.6.2 PCB布线串扰引起的干扰 256
第7章 产品EMC设计分析方法 258
7.1 产品机械构架设计的EMC分析 258
7.1.1 产品机械构架设计的EMC分析原理 258
7.1.2 产品相关的EMC重要描述 259
7.1.3 估算共模电流和干扰压降 261
7.1.4 产品的系统接地与浮地分析 262
7.1.5 局部接地、隔离与浮地分析 263
7.1.6 产品系统接地方式分析 263
7.1.7 工作地和大地（保护地或机壳地）之间的连接点的位置（直接或通过Y电容接）分析 263
7.1.8 金属板的应用情况、形状及其分析 263
7.1.9 输入输出端口连接器在产品中或在电路板中的位置分析 265
7.1.10 印制电路板之间的互连、互连线和连接器处理分析 265
7.1.11 屏蔽需求分析 266
7.1.12 屏蔽体的设计方式分析 266
7.1.13 电缆类型及屏蔽电缆屏蔽层的连接方式分析 266
7.1.14 开关电源中开关管上的散热器的处理分析 267
7.1.15 传导骚扰与辐射发射措施额外描述 267
7.1.16 产品抗ESD干扰措施的描述 267
7.1.17 其它EMC方面的考虑 268
7.2 单板设计的EMC分析 268
7.3 电路原理图设计的EMC分析 268
7.3.1 电路原理图设计的EMC分析原理 268
7.3.2 电路原理图描述 270
7.3.3 将电路原理图进行EMC描述 270
7.3.4 电路原理图的滤波分析 270
7.5.5 地及地平面分析 272
7.3.6 高速线的EMC分析及处理 274
7.3.7 敏感信号线的EMC分析及处理 274
7.3.8 指出并确认未使用元器件及悬空信号线并对其进行EMC处理 274
7.4 PCB布局布线的建议 275
7.4.1 PCB布局布线的建议的意义 275
7.4.2 PCB层数及各层的分配建议 275
7.4.3 GND 、AGND等地平面及VCC等电源平面在PCB层中的位置 278
7.4.4 指出敏感元器件在PCB中放置的相对位置 278
7.4.5 滤波电容等滤波器件在PCB中的相对放置 279
7.4.6 GND地平面的设计 279
7.4.7 模拟地AGND地平面的设计 279
7.4.8 VCC电源平面的设计 279
7.4.9 串扰防止的处理方式 279
7.4.10 特殊信号线的处理方式（如时钟信号线、高速信号线、敏感信号线等） 279
7.4.11 PCB中空置区域的处理 280
7.4.12 其它建议 280
7.4.13 PCB布局布线示意图 280
7.5 PCB设计审查与EMC分析 281
7.5.1 PCB设计审查的意义和任务 281
7.5.2 地平面完整性及其阻抗审查 281
7.5.3 串扰审查 282
7.5.4 去耦.旁路电容和滤波电容的审查 282
7.5.5 PCB布局布线文件 283
第8章 产品的防雷击浪涌、ESD和差模EMC问题设计与分析 287
8.1 产品的防雷与防浪涌； 287
8.1.1 雷击与浪涌定义 287
8.1.2 防雷与防浪涌设计理念 290
8.1.3 防雷电路中的元器件 292
8.1.4 交流电源口防雷电路和防浪涌电路的设计 302
8.1.5 直流电源口防雷电路和防浪涌电路的设计 304
8.1.6 信号口防雷和浪涌保护电路设计 305
8.1.7 电源防雷器的安装 307
8.1.8 信号防雷器的接地 309
8.2 EMC中的差模干扰与骚扰. 310
8.2.1 什么是差模：参见第二章 310
8.2.2 接口电路中的差模干扰与骚扰 310
8.2.3 PCB电路中的差模干扰与骚扰 311
8.2.4 解决电路中的差模干扰与骚扰的方法 315
8.3 ESD 316
8.3.1 ESD产生的机理 316
8.3.2 通过绝缘防止ESD 316
8.3.3 通过屏蔽防止ESD 317
8.3.4 通过良好的搭接与接地防止ESD 317
8.3.5 通过PCB布局布线防止ESD产生的电磁场感应 318
8.3.6 I/O端口的ESD 防护 319
第9章 产品EMC设计分析方法之应用实例 321
9.1 产品机械构架设计的EMC设计分析实例（抗扰度分析方法） 321
9.1.1 分析原理 321
9.1.2 产品相关的EMC重要信息描述 322
9.1.3 估算共模电流和干扰压降 325
9.1.4 产品的系统接地与浮地分析 326
9.1.5 局部接地、隔离与浮
前言
本书是基于作者2008年出版的《电子产品EMC设计风险评估》一书升级改编而成。《电子产品EMC设计风险评估》一书自出版以来，一直受到了广大读者的高度关注及电子产品设计工程人员的喜爱。书中首创提出的“产品EMC设计风险评估法”将EMC设计提高到方法论阶段，它把零散的EMC设计技术点融合在一起形成一种EMC设计的套路，系统的指导产品设计。
本书的提出是对《电子产品EMC设计风险评估》中提出的“产品EMC设计风险评估法”的又一次升级。一方面，对“产品EMC设计风险评估法”（本书中改名为“产品EMC设计的分析方法”）进行升级，使技术内容的描述更精确、更全面、更有逻辑性；另一方面，将成熟的风险评估技术应用在产品EMC设计中，研究出产品EMC设计风险评估技术，形成一种新的产品EMC合格评定方法。
全书的内容是基于EMC测试原理，解读一种产品EMC设计的分析方法（包括产品机械架构设计、 滤波设计、 PCB设计），该方法可以用来指导产品的EMC设计，掌握该技术的工程师可以发现实际产品EMC设计的缺陷。同时，建立在这种产品EMC设计分析方法的基础上利用已有的风险评估手段，形成一种产品EMC设计风险评估的技术，利用EMC设计风险评估技术可以评估产品在不进行EMC测试的情况下评估产品EMC测试失败的风险。EMC设计风险评估技术的具体内容在第10章中进行描述，而第7章描述的产品EMC设计的分析方法是EMC风险评估技术的基础。第一章节讲述EMC设计的基础知识，第2章讲述EMC测试本质及分析产品EMC问题的思路如何形成；第3章讲述何为风险评估及EMC风险评估的程序；第4~6章分别描述产品进行机械构架EMC设计、滤波设计、 PCB EMC设计的方法。第9章描述浪涌等特殊测试项目的针对性产品设计分析方法。第11章描述企业如何进行EMC设计管理，如何将产品EMC设计风险评估技术和产品EMC设计分析方法应用到企业的研发流程中。
本书描述的EMC设计分析方法是以标准中的EMC测试(如IEC61000-4-4 EFT/B)原理为基础，即当测试干扰施加在产品的各个输入输出信号端口上时，如何通过合理的产品构架设计和原理图、PCB设计，使测试时产生的共模电流得到控制，如，抗扰度测试时，共模干扰电流不流向产品内部电路的数字工作地（GND）或模拟工作地（AGND）部分，而使其流向结构地（包括产品的接地点、金属外壳、金属板等）。当无法避免共模电流流向产品电路时，通过合理的电路设计方式和PCB layout方式，使PCB具备较高的抗共模电流的能力，使产品内部电路得到保护，最终降低EMC测试风险，为企业节省研发成本。使用EMC设计分析方法可以发现现有产品的EMC设计缺陷，也可以指导产品进行合理的EMC设计。大量的实践证明，通过该方法而设计的产品，也同样能在EMI测试中获得非常高的通过率，即用在产品抗干扰设计的措施同样适用于产品降低EMI水平。
本书描述的EMC设计风险评估技术是建立在产品EMC设计分析方法的基础上，利用通用的风险评估手段，按风险评估的程序，划分风险等级、建立产品设计理想模型（其中理性模型可以分为产品架构EMC设计理想模型和产品PCB设计理想模型）、确定风险要素，再根据产品实际设计的信息与理想模型中所有的风险要素进行比较，以识别产品EMC设计风险， 最终获得产品的EMC风险等级，EMC风险等级用来表明产品应对EMC测试的通过概率 或产品在实际应用中出现故障的概率。这个评估手段及得到的结果可以直接用来对产品进行EMC合格评定。
相比于EMC设计风险评估技术，EMC测试是当前最常见的对产品EMC性能进行合格评定的一种手段，通过各种模拟现实环境中的干扰施加在产品上，根据产品在干扰施加过程中，及过程后的表现来对产品EMC性能进行评价或合格评定。但是这是一种的黑盒评定方法，其不足是设计者或测试者无法通过EMC测试结果或测试现象直观推断出EMC问题的所在。
EMC设计风险评估一般包括两个组成部分：
? 产品的机械结构构架的EMC设计风险评估；
? 电路板设计的EMC风险评估。
正确使用EMC设计风险评估，将揭开产品EMC性能的黑盒，可以无需EMC测试而对产品进行EMC性能进行评价或合格评定，也可以与EMC测试结果结合对产品进行综合的EMC评价和合格评定，也可以作为产品进行正式EMC测试之前的预评估，以降低企业研发测试成本。
产品的设计者或使用者，如果使用正确的EMC风险评估技术，就可以清楚的看到被评估产品在EMC方面存在的优点、缺陷与风险，而且通过对优点、缺陷与风险的分析和评估，可以预测产品EMC测试的通过率，也可以评价产品在其生命周期中的EMC表现。
很多企业、专家给本书的编写和出版提供了帮助。本书的编写得到了法国EMC专家Alain.charoy 、Renzo. Piccolo、 Didier. Doucet、英国EMC专家W. Michael King、前IEC/CISPR主席Don Heirman、前IEC/CISPR副主席及A分会主席Martin Wright、现任IEC/CISPR主席Bettina.Funk、IEC/CISPR秘书长Stephen Colclough、IEC/CISPR A分会主席Beniamino Gorini 、IEC/CISPR D分会主席Mike Beetlestone、韩国EMC专家1906奖获得者Heesung Ahn等的帮助，他们为作者在本书的编写过程中所碰到的技术疑难问题给予了细心的解答，电子工业出版社的编辑牛平月女士为本书的目录编排提出了宝贵的意见，在此向以上给本书提供帮助的专家们表示衷心的感谢。另外,值得庆幸的是本书所属的所有技术观点,都经过实践的检验,并有相关应用案例保存,限于本书的篇幅,作者不能将所有的应用案例写入其中,对此深感歉意。本书中所涉及的一些理论公式也许仅仅是近似估算公式,但它将为工程师进行产品的EMC分析提供很大的帮助. 如果读者在阅读本书过程中有对本书所述的技术观点有任何疑问,欢迎与作者联系并讨论,或索要相关应用案例。作者E_mail:[email protected]
郑军奇 于2018年
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