電磁兼容（EMC）的基礎知識

本文思維導圖：

01

EMC（Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容）是指電子、電氣設備或系統在預期的電磁環境中，不會因為周邊的電磁環境而導致性能降低、功能喪失或損壞，也不會在周邊環境中產生過量的電磁能量，以致影響周邊設備的正常工作。

EMI（Electro Magnetic Interference，電磁干擾）：自身產生的電磁干擾不能超過一定的限值。

EMS（Electro Magnetic Susceptibility，電磁抗擾度）：自身承受的電磁干擾在一定的范圍內。

電磁環境：同種類的產品，不同的環境就有著不同的標準。

需要說明的是，以上都基于一個前提：一定環境里，設備或系統都在正常運行下。

02

電磁干擾的產生原因：電壓/電流的變化中不必要的部分。

電磁干擾的耦合途徑有兩種：導線傳導和空間輻射。

導線傳導干擾原因是電流總是走“最小阻抗”路徑。以屏蔽線為例，低頻（f<1kHz）時，導線的電阻起到主要作用，大部分電流從導線的銅線中流過；高頻（f>10kHz）時，環路屏蔽層的感抗小于導線的阻抗，因此信號電流從屏蔽層上流過。

干擾電流在導線上傳輸有兩種方式：共模和差模。

一般有用的信號為差模信號，因此共模電流只有轉變為差模電流才能對有用信號產生干擾。阻抗平衡防止共模電流向差模轉變，可以通過多點接地用來降低地線公共阻抗，減小共地線阻抗干擾。

空間輻射干擾分近場和遠場。

近場又稱為感應場，與場源的性質密切相關。

當場源為高電壓小電流時，主要表現為電場；

當場源為低電壓大電流時，主要表現為磁場。

無論是電場還是磁場，當距離大于λ/2π時都變成了遠場。

遠場又稱為輻射場。遠場屬于平面波，容易分析和測量，而近場存在電場和磁場的相互轉換問題，比較復雜。

這里面有問題的是如果導線變成天線，有時候就分不清是傳導干擾還是輻射干擾？

低頻帶下特別是30 MHz以下的主要是傳導干擾?；蛘呖梢怨浪惝斣O備和導線的長度比波長短時，主要問題是傳導干擾，當它們的尺寸比波長長時，主要問題是輻射干擾。

干擾信號以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量，再以泄漏和耦合形式，通過絕緣支撐物等（包括空氣）為媒介，經公共阻抗的耦合進入被干擾的線路、設備或系統。

舉例：900MHz，平面波的轉折點在50 mm

電磁波輻射有兩個必要條件：變化的電壓/電流和輻射天線。兩者缺一，都不會產生大量的輻射干擾。

有些資料會給出瞬態干擾的概念，顧名思義：時間很短但幅度較大的電磁干擾。瞬態干擾一般指各類電快速脈沖瞬變（EFT）、各類浪涌（SURGE）、靜電放電（ESD）等三種。

03

重點：消除其中任何一個因素就可以滿足電磁兼容設計的要求。

切斷耦合途徑是最有效的電磁兼容處理措施。

了解下傳播路徑：

電磁干擾可以通過電源線、信號線、地線、大地等途徑傳播的傳導干擾，也有通過空間直接傳播的空間輻射干擾。這些干擾或者噪聲并不是獨立存在的，在傳播過程中又會出現新的復雜噪聲，這種問題疊加問題才是解決問題的難點。

04

近場區，波阻抗與輻射源的位置、阻抗、頻率及輻射源周圍的介質有關；遠場區，波阻抗等于電磁波傳播介質的特性阻抗；在真空中，波阻抗為377Ω。

由377Ω想到自由空間的特性阻抗：

有個基礎概念需要講一講：dB&dBm區別。dB之前的常提常見。dBm是功率相對于1 mW的值。

至于區別，上公式比較直接：

05

環路

電流在傳遞路徑與返回路徑中形成的環路是PCB輻射發射的一個原因。

電子產品中任何信號的傳遞都存在環路，如果信號是交變的，那么信號所在的環路都會產生輻射，當產品中信號的電流大小、頻率確定后，信號環路產生的輻射強度與環路面積有關，管控信號環路的面積可以控制EMC問題。

單點&多點接地

電子設備是否選擇單點接地，主要取決于系統的工作信號頻率和接地線的長度，即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時，選擇單點接地，單點接地的應用范圍一般在300kHz以下，在有些場合也可用在1MHz以下。

當地線長度為1/4波長的奇數倍時，地線阻抗變得很高，產生天線效應，即地線像天線一樣向外輻射噪聲信號。若用一點接地，地線長度不得超過波長的1/20，否則應采用多點接地。

散熱&屏蔽

屏蔽和散熱是互相矛盾的，散熱孔一般是一組孔洞，利用風扇進行強迫對流，這些孔洞將會引起電磁泄漏，使屏蔽效果下降，孔洞越大，屏蔽效果越差。通常系統的外殼都配置了散熱孔，這種散熱孔會影響整個系統的屏蔽性能。

06

電磁兼容測試分為兩大類：

一類是電磁干擾度（EMI）測試，測試電子產品系統對其他設備、對電磁空間的干擾發射情況。

一類是電磁抗擾度（EMS）測試，測試電子設備抵御空間電磁干擾的能力。

國家標準中EMI測試項目為2項，軍用標準中EMI測試項目為7項，EMS測試項目為10項，軍用保證EMS測試項目為12項。

列出不同數量測試項目，說明針對不同行業，有著不同要求，這個也好理解。問題是EMC測試有不同標準，各個行業再依據標準進行細化，確定自己滿足的等級和要求。

EMI測試項目：

①傳導騷擾（CE）測試（電源線、信號、控制線）

②輻射騷擾（RE）測試

③諧波（Harmonic）測量

④電壓波動和閃爍（Fluctuation and Flicker）測量

EMS測試項目：

①靜電放電抗擾度（ESD）

② 電快速瞬變脈沖群抗擾度（EFT）

③ 浪涌（SURGE）

④ 輻射抗擾度（RS）

⑤ 傳導抗擾度（CS）

⑥ 電壓跌落與中斷（DIP）

EMI測試場地有半電波暗室、全電波暗室、開闊場三種。

產品相關EMC測試是必須的，產品EMC測試出現相關問題，整改方向：

1.靜電抗擾度測試—>屏蔽

2.電快速瞬變脈沖群抗擾度測電源隔離，使用屏蔽雙絞線&安裝磁環。

3.浪涌（沖擊）抗擾度測試安裝浪涌抑制器

4.射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試屏蔽、接地、濾波

5.射頻電磁場輻射抗擾度測試導電泡棉將線纜壓緊，保持最小的縫隙。

6.傳導發射電源隔離、濾波、接地、減小回路面積。

7.輻射發射出現超標屏蔽接地，檢查連接，安裝磁環，檢查模擬設備。

07

產品電磁兼容性設計，必須通過整體設計，從電路設計到元器件選型，從PCB制版到樣機調試，從電子設備的測試到發布，每一步都要考慮有可能引起的電磁兼容問題，從產品最初規劃到最后認證結束，每一步都要融入電磁兼容設計思想，才能真正管控好電磁兼容問題。