通信交换机电磁兼容设计方法目录一、产品信息 (3)1. 产品名称 (3)2. 测试标准 (3)3. 产品主要接口信息 (4)4. 产品内部主要电磁干扰源说明 (5)5. 产品结构信息 (5)6. 产品电缆信息 (5)二、产品EMC设计方案 (6)1. 接口电路原理图的EMC设计 (6)2. 电源电路原理图的EMC设计 (7)3. 关键电路原理图的EMC设计 (8)4. 屏蔽设计 (10)5. 连接器设计 (13)6. 线缆设计 (13)三、结束语 (15)一、产品信息1.产品名称高端多口光电交换机2.测试标准产品需要获得KEMA认证；同时需要获得CE认证。
EMI:FCC Class B, EN55022 Class BEMS:EN61000-4-2, EN61000-4-3, EN61000-4-4,EN61000-4-5, EN61000-4-6, EN61000-4-8, EN61000-4-113.产品主要接口信息4.产品内部主要电磁干扰源说明5.产品结构信息产品设计要求：1、19英寸1U机架安装；2、无风扇和任何的旋转型器件；3、较强的EMC屏蔽特性。
6.产品电缆信息二、产品EMC设计方案列举以上产品信息部分项目EMC设计方案本方案由电磁兼容设计平台（EDP）软件自动生成1.接口电路原理图的EMC设计千兆以太网接口2KV防雷滤波设计图1 千兆以太网接口2KV防雷滤波设计接口电路设计概述：本方案从EMC原理上，进行了相关的抑制干扰和抗敏感度的设计；从设计层次解决EMC 问题；同时此电路兼容了千兆以太网接口防雷设计。
本防雷电路设计可通过IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的非屏蔽平衡信号的接口防雷测试。
电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：U1为内置共模电感的网口变压器；网口变压器中心抽头要求采用BOB-smith电路设计，以达到信号阻抗匹配，抑制对外干扰的作用；L1、L2、CY1、CY2组成网口灯信号的滤波电路，L1、L2为磁珠，参考值均为600Ω/100MHz；CY1、CY2为电容，一般取值为1000pF；L3、CY3、CY4、CY5组成芯片电源信号的滤波电路，L3为磁珠，参考值为600Ω/100MHz；CY3、CY4和CY5为电容，一般取值分别为1000pF，100nF和100nF；C1~C4典型取值一般为100nF；（2）电路防雷设计要点：为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模2KV，差摸1KV的防雷测试要求，成本最低的设计方案就是变压器初级中心抽头通过防雷器件接地，电路图上的D6~D9可以选择成本较低的半导体放电管，但是要注意防护器件标称电压要求大于等于6V；防护器件峰值电流要求大于等于50A；防护器件峰值功率要求大于等于300 W。
注意选择半导体放电管，要注意器件“断态电压、维持电流”均要大于电路工作电压和工作电流。
雷击冲击能量越大，那么防护器件的通流量和器件残压越大。
为了防止防护器过大的残压通过变压器绕阻耦合冲击到变压器次级电路，差分线对上增加TVS管进行钳压，依据差分线上电压电平，TVS管启动电压取值5V；根据测试标准要求，对于非屏蔽的平衡信号，不要求强制性进行差模测试，所以对于差模干扰的防护要求，可以通过变压器自身绕阻来防护能量冲击，不需要增加差模防护器件。
接口电路设计备注：若设备为金属外壳，同时单板可以独立的划分出接口地，那么金属外壳与接口地直接电气连接，且单板地与接口地通过1000pF电容相连；若设备为非金属外壳，则可将电容C6去除，接口地与单板地直接电气相连。
2.电源电路原理图的EMC设计2KV防雷方案图2 2KV防雷方案接口电路概述：交流电源接口通过电源线与电网连接为电气设备提供电能，产品在工作中产生各种干扰，如电源变换电路、高频变压器、数字电路等产生的干扰，这些干扰通过电源接口形成对电网的传导干扰以及对空间的辐射干扰。
电路EMC设计说明：（1）电路滤波设计要点：L1、C1组成输入端滤波电路，L1为共模电感，主要滤除共模干扰；C1为差模滤波电容，主要滤除差模干扰；若产品功率大，干扰强，单级滤波插入损耗有限，则设计前期需要考虑多级滤波；C19为整流桥的高频滤波电容，一般采用小电容，主要为整理桥的高频谐波电流提供回流路径，其取值范围为100pF~0.1uF，典型取值为1000pF；C20为变压器的高频滤波电容，一般采用小电容，主要为变压器的高频谐波电流提供回流路径，其取值范围为100pF~10nF，典型取值为560pF；C15和R13组成续流管上的削尖峰电路，C15电容典型取值为1000pF，R13电阻典型取值为10Ω；C12和R12组成PWM控制线上的滤波电路，C12电容典型取值为47pF，R12电阻典型取值为10Ω，其值可根据后续测试情况进行调整；L4和C8组成输出端滤波电路，主要为输出端口进行共模和差模滤波；各种功能地通过电容C17连接，电容典型取值为1000pF，其值可根据后续测试情况进行调整；（2）电路防护设计要点在L/N线间采用压敏电阻RV1进行差模防护；（3）特殊要求电路中所有的电容应符合安规的要求，差模电容选取额定电压250V以上X电容，共模电容选取额定电压250V的Y电容；因为压敏电阻失效模式为短路，可能会造成大电流，所以需要增加保险丝F1，并且保险丝F1位置要靠近接口放置。
（4）器件选型要点交流电源接口电路中的X电容C1容值选举范围为0.1μF~2.0μF，典型值选取0.22μF；L1为共模电感，共模电感感值范围为100μH~30mH，典型值选取15mH；输出端的滤波电容C8取值范围为100PF~0.1uF，典型取值为10nF；RV1压敏电阻选择压敏电压范围466V~616V，典型值选取550V，压敏电阻RV1的通流量(10次冲击)选择大于等于167A；3.关键电路原理图的EMC设计CPU电路EMC设计CPU电路描述：CPU（Central Processing Unit）中文名称中处理器，CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。
CPU电路EMC设计要点：（1）CPU时钟输出信号：增加始端RC滤波设计，减小干扰对外辐射发射；（2）CPU主电源输入：主电源输入管脚增加高频退耦电容和储能电容设计，对于每个电源管脚至少需要一个小电容进行滤波设计；（3）CPU锁相环电源：锁相环电源需要采用磁珠和电容的滤波设计，电容需要采用大小电容进行滤波设计；（4）CPU控制总线：在输出始端增加匹配电阻；（5）CPU数据总线、地址总线：在输出始端增加匹配电阻，如果在存储电路侧有增加匹配，则在CPU侧无需增加；（6）CPU复位信号：在靠近复位按钮侧增加TVS管做防静电抗扰度设计、电容和磁珠进行滤波设计。
CPU电路EMC设计原理图：图3CPU电路元器件选型要点：（1）CPU时钟输出信号：时钟输出增加的R7、C6滤波电路，一般电阻R7取值范围为10Ω-51Ω，典型值取22Ω，电容C4选取参考如下表格进行；（备注：以下工作频率与电容大小为经验值，具体与实际工作电路的传输距离、信号质量要求、实际单板的分布参数的变化而有所不同，电路实际增加电容大小需要进行信号波形的测试最终确定）表1 容值范围（2）CPU主电源供电：供电管脚储能电容C2取值范围为1µF-10µF，典型值为2.2µF，电源的高频滤波电容C3取值范围为1nF-0.1µF，典型值为1nF；（3）CPU锁相环电源：供电输入管脚磁珠L2取值范围为100Ω-600Ω/100MHz，典型值选择300Ω/100MHz，储能电容C4取值范围为1µF-10µF，典型值为2.2µF，电源的高频滤波电容C5取值范围为1nF-0.1µF，典型值为1nF；（4）CPU控制总线：匹配电阻R1、R2取值范围为10Ω-51Ω，典型值为22Ω；（5）CPU数据总线、地址总线：匹配电阻R3、R4、R5、R6取值范围为10Ω-51Ω，典型值为22Ω；（6）CPU复位信号：靠近复位按钮接口侧增加TVS管D1，可以选择工作电压为DC 5V，功率没有要求，电容C1取值范围为1nF-0.1µF，典型值为1nF，磁珠L1取值范围为100Ω-1000Ω，典型值选择600Ω/100MHz。
4.屏蔽设计4.1 通风开孔结构设计：（1）如无特别要求，铝型材是各种插框式、盒式或其他形式电子/电气设备的首选材料，而需要较大承重或较高结构刚性的应当选择铁或钢作为主体材料；（2）要求金属材料厚度H≥2mm；（3）对于有散热要求等原因而采用方孔的开孔方式时，金属板直接开孔，设计成一定面积的开孔阵列，可采用增加孔深，减小孔直径，同时增加孔密度和数量；通常应用推荐使用孔最大直径D≤4mm，孔间距L≥6mm；如下图所示：图1 通风开孔的处理方式（俯视图）布局设计：（1）开孔部分与单板距离要求大于5cm，特别要远离单板上的CPU及晶振；（2）内部线缆不能横跨或接近开孔处走线，特别是高速通讯线缆。
4.2 通风开孔结构设计：（1）如无特别要求，铝型材是各种插框式、盒式或其他形式电子/电气设备的首选材料，而需要较大承重或较高结构刚性的应当选择铁或钢作为主体材料；（2）要求金属材料厚度H≥2mm；（3）金属板直接开孔，设计成一定面积的开孔阵列，可采用增加孔深，减小孔直径，同时增加孔密度和数量的方法，首选圆孔，其次方孔，避免长腰孔；通常应用推荐使用孔直径D≤4mm，孔间距L≥6mm；如下图所示：图2 通风开孔的处理方式（俯视图）布局设计：（1）开孔部分与单板距离要求大于5cm，特别要远离单板上的CPU及晶振；（2）内部线缆不能横跨或接近开孔处走线，特别是高速通讯线缆。
4.3 通风开孔结构设计：（1）如无特别要求，铝型材是各种插框式、盒式或其他形式电子/电气设备的首选材料，而需要较大承重或较高结构刚性的应当选择铁或钢作为主体材料；（2）对于有散热要求等原因而不得不采用百叶窗式的开孔方式时，窗口面要求增铺一层金属丝网膜用来屏蔽；金属丝网膜通过金属螺钉固定于窗口上，固定螺钉点间距L≤6cm；如下图所示：图3 通风开孔的处理方式（俯视图）布局设计：（1）百叶窗与内部单板距离要求大于5cm，特别要远离单板上的CPU电路及时钟电路；（2）内部线缆不能横跨或接近开孔处走线，特别是高速通讯线缆。
5.连接器设计RJ45金属连接器RJ45信号排序设计图4 网口连接器结构设计连接器RJ45与机体的搭接方式：（1）面板开孔时采用精密的铣削加工技术，使孔眼的形状更适合连接器的放置，避免孔眼切削不精确的地方出现缝隙，进而降低电磁干扰辐射；经过测试证明，精确的铣削开孔加工可以提高12~18%的电磁兼容性；（2）机体与金属连接器之间的接合处要增加弹片，使两者接合时保持良好的导电性能。