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EPSON硬核产品 韬略科技EMC设计经验分享,一场关于EMC的技术盛宴

 为爱Kevin 2021-02-28

电磁兼容性(简称EMC)指的是设备或系统在其电磁环境正常工作,并对环境中的任何物体不形成不可承受电磁干扰的能力。电磁兼容包括两个要求:一个是设备在正常运行过程中对环境产生的电磁干扰不能超过一定限度,即电磁干扰EMI;另一个是设备对环境中存在的电磁干扰具有一定的抗扰度,即电磁抗扰度EMS。

电子设备的EMC设计要求越来越高,为了满足EMC要求,开发工程师需要思考产品如何降低EMI,与其密切相关的几点就是时钟、电源、布线、屏蔽,这些都可能导致EMI指标超标。


展频技术成为降低EMI的常用手段

终端产品的上市时间很关键,通常产品设计完成之后,需要等待EMC认证才开始量产,在此期间重复设计PCB解决EMI将是一个问题。开发人员尝试简单的修复方法,例如使用屏蔽电感器、添加一些吸收性或屏蔽性材料,以便将其添加到现有设计中。

然而,针对时钟产生的EMI问题,使用简单的方法无需修改PCB设计或者添加抗EMI组件:系统时钟通常从晶体振荡器获得,并在整个设计使用,换言之,时钟可能遍布整个设计,线路上的任何噪声都会直接导致有害干扰,从而导致设计无法通过EMI认证。因此,如果可以使系统时钟“更安静”,问题可以迎刃而解,简单的方法是更换晶振——展频晶振(SSXO)与现有的晶体振荡器尺寸和功能完全引脚兼容,运用展频技术可有效降低EMI。


可编程展频晶振SG-9101系列

EPSON展频晶振SG-9101系列是一种通过调整时钟频率降低EMI电磁干扰的可编程晶振,频率可编程范围0.67MHz~170MHz(每步1ppm),扩展频率范围±0.25%~±4%。SG-9101新品提供更宽广的操作温度范围,及降低50%的消耗电流,SG-9101使用时可选购搭配现有的SG-Writer II专用刻录器,即可自行定义SG-9101可降低电磁干扰(EMI)展频晶体振荡器的中心频率。

SG-9101展频石英振荡器的消耗电流比现行量产产品更大幅降低了75%。SG-9101的展频时钟晶振提供几种类型的调制方式,可以实现б值为±0.5%、±0.75%、±1%、±1.5%、±2%和0.25%的调制,实践证明引入扩展频谱时钟晶体振荡器调制引入的时钟信号抖动很小。SG-9101通过动态改变时钟频率,有效降低d电磁辐射功率,减少EMI电磁干扰的影响,进而解决EMC辐射超标的问题。




在2月4日芯闻路1号直播“展频晶振在EMC设计中的应用”中,EPSON介绍了EPSON新一代展频晶振产品SG-9101,TOP-EMC详尽讲解了EMC设计中展频晶振的原理和运用。




展频晶振SG-9101的优势

●兼容性佳,产品引脚功能定义和尺寸兼容常规晶振;

●可编程,频率、展频参数可通过烧写工具进行定义;

●快速满足客户样片需求;

●可灵活适配用户产品。不同客户产品的EMI测试结果不一样,可提供不同指标的样品,通过测试确定最佳的适配;

●省PCB空间,不用额外添加滤波元件、屏蔽罩等,降低产品整体成本。







展频技术如何解决时钟EMC问题?
随着科技的发展,时钟频率只会越来越高,时钟EMC问题成为产品设计中的痛点。展频技术如何解决这个问题?





懂产品、涨知识
展频晶振在EMC设计中的应用”直播
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EMC标准汇总

我国自1999年以来一直执行EMC法规,其中大部分针对放射。根据2002年实施的强制性产品认证体系(CPCS)以及中华人民共和国国家认证认可监督管理委员会(CNCA)的规定,许多产品类别必须带有CCC认证标志,CCC标记包括用于指示安全性(“S”)或EMC(“EMC”),或者同时满足安全性和EMC(“S&E”)。

下面对各国电磁兼容性(EMC)标准进行汇集,其中有的已经可用,有的还处于公开征询意见阶段,它们对产品EMC性能进行标准化,包括电子设备的传导或辐射无线电气干扰(radio disturbance)。不同标准的法规效力因不同国家地区而异。


1、CISPR标准

CISPR(国际无线电气干扰特别委员会)标准涵盖了产品放射和抗扰性(emission and immunity)要求,并定义测试方法和测试设备。相关的标准如下:
CISPR 11,工业、科学和医学(ISM)射频设备-电磁干扰特性,限值和测量方法
CISPR 12,汽车、船舶和内燃发动机驱动装置-无线电气干扰特性,接收机保护的限值和测量方法,但安装在汽车/船舶/设备本身,或汽车/船舶/设备周边的接收机除外。
CISPR 14-1,电磁兼容性-家用电器、电动工具和类似设备的要求,第1部分:放射。
CISPR 14-2,电磁兼容性-家用电器、电动工具和类似设备的要求,第2部分:抗扰度-产品系列标准。
CISPR 15,电气照明和类似设备的无线电气干扰特性的限值和测量方法
CISPR 16-1,无线电气干扰和抗扰度测量设备和方法规范,第1部分:无线电气干扰和抗扰度测量设备
CISPR 16-2,无线电气干扰和抗扰度测量设备和方法的规范,第2部分:干扰和抗扰度的测量方法
CISPR 16-3,无线电气干扰和抗扰度测量设备和方法的规范,第3部分:CISPR的报告和建议
CISPR 16-4,第4-1部分:不确定性(uncertainties)、统计数据和限制模型,标准化EMC测试中的不确定性
CISPR 20,声音和电视广播接收器及相关设备。抗扰度特性。极限和测量方法
CISPR 22,信息技术设备-无线电气干扰特性-限值和测量方法的CISPR标准部分。CISPR 22已为欧洲共同体的大多数成员所采用
CISPR 24,信息技术设备-抗扰度-限值和测量方法
CISPR 25,汽车、船舶和内燃机-无线电气干扰特性,保护车载接收机的限值和测量方法
CISPR 32,多媒体设备的电磁兼容性-放射要求(取代CISPR 13和CISPR 22)
CISPR 35,多媒体设备的电磁兼容性-抗扰度要求(取代CISPR 20和CISPR 24)

2、IEC标准

IEC标准的电磁兼容性(EMC)是IEC 61000系列的一部分,以下是部分标准
IEC/TR EN 61000-1-1,电磁兼容性(EMC),第1部分:概述-第1节:基本定义和术语的应用和解释
IEC/TR EN 61000-2-1,电磁兼容性(EMC),第2部分:环境-第1节:环境说明-公共电源系统中低频传导干扰和信号传输的电磁环境
IEC/TR EN 61000-2-3,电磁兼容性(EMC),第2部分:环境-第3节:环境说明-辐射和与网络频率无关的传导现象
IEC EN 61000-3-2电磁兼容性(EMC),第3-2部分-限值-谐波电流放射限值(设备输入电流每相≤16A)
IEC EN 61000-3-4,电磁兼容性(EMC),第3-4部分:限值-额定电流大于16 A的设备的低压电源系统中谐波电流的放射限值
IEC/TS EN 61000-3-5,电磁兼容性(EMC),第3部分:极限-第5节:额定电流大于16 A的设备的低压电源系统中电压波动和闪烁的限制
IEC EN 61000-4-2电磁兼容性(EMC),第4-2部分:测试和测量技术-抗静电放电测试
IEC EN 61000-4-3,电磁兼容性(EMC),第4-3部分:测试和测量技术-辐射、射频、电磁场抗扰度测试
IEC EN 61000-4-4,电磁兼容性(EMC),第4-4部分:测试和测量技术-电气快速瞬变/突发抗扰度测试
IEC EN 61000-4-5,电磁兼容性(EMC),第4-5部分:测试和测量技术-抗浪涌测试
IEC EN 61000-4-6,电磁兼容性(EMC),第4-6部分:测试和测量技术-射频场引起的传导干扰的抗扰性
IEC EN 61000-4-7,电磁兼容性(EMC),第4-7部分:测试和测量技术-谐波和间谐波测量和仪器仪表的通用指南,用于电源系统和与其连接的设备
IEC EN 61000-4-8,电磁兼容性(EMC),第4-8部分:测试和测量技术-工频磁场抗扰度测试
IEC EN 61000-4-9,电磁兼容性(EMC),第4-9部分:测试和测量技术-脉冲磁场抗扰度测试
IEC EN 61000-4-11,电磁兼容性(EMC),第4-11部分:测试和测量技术-电压骤降,短时中断和电压变化抗扰度测试
IEC EN 61000-6-1,TC 77,电磁兼容性(EMC),第6-1部分:通用标准-住宅,商业和轻工业环境的抗扰性
IEC EN 61000-6-2,TC 77,电磁兼容性(EMC),第6-2部分:通用标准-工业环境的抗扰性
IEC EN 61000-6-3,CIS/H,电磁兼容性(EMC),第6-3部分:通用标准-住宅,商业和轻工业环境的放射标准
IEC EN 61000-6-4,CIS/H,电磁兼容性(EMC),第6-4部分:通用标准-工业环境的放射标准

3、ISO标准

以下是有关汽车EMC的ISO标准:
ISO 7637,道路汽车-传导和耦合引起的电气干扰
ISO 11452-1,道路汽车-窄带辐射电磁能产生的电气干扰的汽车测试方法,第1部分:总则和定义
ISO 11452-2,道路汽车-窄带辐射电磁能产生的电气干扰的汽车测试方法,第2部分:车外辐射源
ISO 11452-3,道路汽车-窄带辐射电磁能产生的电气干扰的汽车测试方法,第3部分:车载放射机模拟
ISO 11452-4,道路汽车-窄带辐射电磁能产生的电气干扰的汽车测试方法,第4部分:大电流注入(BCI)
ISO 11452,道路汽车-窄带辐射电磁能产生的电气干扰,组件测试方法
ISO 13766,铲土运输机械-电磁兼容性
ISO 14982,农业和林业机械电磁兼容性,测试方法和验收标准

4、美国汽车工程学会SAE电磁兼容标准委员会

J1113/1,汽车、船只(不超过15m)和机器(飞机除外)(16.6Hz至18GHz)组件的电磁兼容性测量程序和限值
J1113/11,电源导线上的瞬变抗扰度
J1113/12,通过传导和耦合产生电气干扰-通过电源线以外的其他线进行电容和电感耦合
J1113/13,汽车部件的电磁兼容性测量程序,第13部分:静电放电抗扰度
J1113/21,汽车部件的电磁兼容性测量程序,第21部分:30MHz至18GHz的吸收电磁场的腔室,抗电磁干扰
J1113/26,汽车部件的电磁兼容性测量程序-对交流电源线电场的抗扰性
J1113/27,汽车部件的电磁兼容性测量程序,第27部分:辐射电磁场的抗扰度,模式搅拌混响法(Mode Stir Reverberation Method)
J1113/4,抗辐射电磁场—大电流注入(BCI)方法
J1752/1,集成电路电磁兼容性测量规程-集成电路EMC测量规程,概述和定义
J1752/2,集成电路辐射的测量-表面扫描法(环形探头法)10MHz至3GHz
J1752/3,集成电路辐射的测量-TEM/宽带TEM(GTEM)单元法;TEM单元(150kHz至1GHz),宽带TEM单元(150kHz至8GHz)
J1812,EMC抗扰度测试的功能性能状态分类
J2556,辐射放射(RE)窄带数据分析-功率谱密度(PSD)
J2628,表征-传导抗扰度
J551/1,汽车、船只(高达15m)和机器(16.6Hz至18GHz)的电磁兼容性能水平和测量方法
J551/15,汽车电磁抗扰性-静电放电(ESD)
J551/16,电磁抗扰性、车载声源(混响室法,Reverberation Chamber Method),第16部分:对辐射电磁场的抗扰性
J551/17,汽车电磁抗扰性-电源线磁场
J551/5,从9kHz到30MHz宽带,电动汽车的磁场和电场强度的性能水平和测量方法

5、欧洲有害电气放射标准

EN 50081第1部分:欧洲通用放射标准,第1部分:家用、商业和轻工业环境,已被EN61000-6-3取代
EN 50081,第2部分:欧洲通用放射标准,第2部分:工业环境,被EN61000-6-4取代
EN 55 011,欧洲科学和医疗设备无线电干扰特性的限值和测量方法
EN 55 013,欧洲限值和广播接收机无线电气干扰特性的测量方法
EN 55 014,代替EN55014-1的欧洲家用电器和电动工具无线电气干扰特性的限值和测量方法,而抗扰度部分则被EN55014-2覆盖
EN 55 015,欧洲限制和测量荧光灯无线电气干扰特性的方法
EN 55 022,欧洲信息技术设备无线电气干扰特性的限值和测量方法
EN 60555第2部分和第3部分,由家用电器和电动工具引起的供电网络故障(第2部分)和电源波动(第3部分),由EN61000-3-2和EN61000-3-3代替
EN 13309,工程机械,具有内部电源的机器的电磁兼容性
VDE 0875,德国EMC指令,针对家用电器产生的宽带干扰
VDE 0871,德国EMC指令,针对信息技术设备产生的宽带和窄带干扰

6、欧洲抗电气放射标准

EN 50082第1部分:欧洲抗扰度标准,第1部分:家用、商业和轻工业环境,已被EN61000-6-1取代
EN 50082第2部分:欧洲抗扰度标准,第2部分:工业环境,由EN61000-6-2代替
EN 50093欧洲标准,对电源的短时掉电的抗扰度
EN 55 020欧洲标准,广播接收机无线电气干扰的抗扰度
EN 55 024欧洲标准,对信息技术设备的抗扰性要求
EN 55 101信息技术设备抗扰性要求的较早草案,由EN 55 024代替
EN 50081第1部分,欧洲通用放射标准,第1部分:家用、商业和轻工业环境,已被EN61000-6-3取代
EN 50081第2部分,信息技术设备的欧洲抗扰性要求,由EN61000-6-4代替

7、美国标准

FCC第15部分规定了免授权的射频传输:
(1)FCC Part 15 Subpart A,包含一般性规定,即“设备不得引起干扰,必须承受来自其他来源的干扰”。
(2)FCC Part 15 Subpart B,美国无线电气干扰限值和测量方法,测量从非专门设计为直接(“辐射”)和间接(“传导”)放射无线电波(“无意”)的设备产生的不必要放射
(3)FCC第15部分的其余部分(C到H子部分)处理专门设计用于放射无线电波(“有意”)的非许可设备,例如无线LAN、无绳电话、低功率广播、对讲机等。
(4)传导辐射的调节范围为150kHz至30MHz,辐射范围为30MHz以上
MIL-STD 461是针对子系统和组件的EMC的美国军事标准。当前在修订版F中,它涵盖了传导和辐射放射与磁化率。
MIL-STD 464是针对系统EMC的美国军事标准。当前修订版F涵盖了传导和辐射放射与磁化率。
MIL-STD-469,军事标准:建立了工程接口要求,以控制工作在100兆赫兹(MHz)和100千兆赫兹(GHz)之间的所有新型军用雷达设备和系统的电磁辐射和磁化率特性。


END

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