第1章 EMC與EMC設(shè)計基礎(chǔ)

1.1 什么是EMC和EMC設(shè)計

EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容）是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預期的電磁環(huán)境中，按設(shè)計要求正常工作的能力。它是電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要的技術(shù)性能。就世界范圍來說，電磁兼容問題已經(jīng)形成一門新的學科，它是一門以電磁場理論為基礎(chǔ)，涉及信息、電工、電子、通信、材料、結(jié)構(gòu)等學科的邊緣科學，同時也是一門實踐性很強的學科。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾），使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其他設(shè)備聯(lián)系在一起工作時，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能惡化或降低。按照國際標準和國家標準的要求，被干擾對象一般分成兩類：無線電接收設(shè)備；非無線電接收設(shè)備。對于無線電接收設(shè)備，由于涉及頻譜資源的利用，其電磁兼容問題主要靠降低周邊其他設(shè)備的無意電磁輻射發(fā)射值來實現(xiàn)；對于非無線電接收設(shè)備，其電磁兼容問題是研究其在應(yīng)用環(huán)境中實際發(fā)生的干擾值為基礎(chǔ)，并把干擾值作為對非無線電接收設(shè)備本身的抗干擾能力要求來實現(xiàn)的。這樣來看，工程領(lǐng)域中一個設(shè)計理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)不發(fā)射任何不希望的能量，是指對無線電接收機的保護；而不受任何不希望有的能量的影響，是指電子設(shè)備本身的抗干擾能力。當然，在電子設(shè)備或系統(tǒng)出廠前，衡量其EMC性能好壞的主要依據(jù)就是EMC測試。產(chǎn)品在實際應(yīng)用環(huán)境中發(fā)生的騷擾與干擾如圖1-1所示。

目前，衡量一個產(chǎn)品的EMC性能主要從以下三個方面考慮：

（1）基于無線電保護的EMI性能：處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標準所要求的射頻電磁能量。這部分的測試方法與限值標準制修訂由IEC/CISPR（國際電工委員會/國際無線電干擾特別委員會）負責。這樣的電磁干擾有：

● 從電源線傳導出來的電磁騷擾；

● 從信號線、控制線傳導出來的騷擾；

● 從產(chǎn)品殼體（包括產(chǎn)品中的所有電纜）輻射出來的騷擾。

（2）基于電網(wǎng)用電安全的EMI性能：處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時不應(yīng)產(chǎn)生超過相應(yīng)標準所要求的能量。這部分的測試方法與限值標準制修訂由IEC/TC77（國際電工委員會/第77技術(shù)委員會）負責。這樣的電磁干擾有：

● 從電源接口傳導出來的諧波（Harmonic）電流；

● 電源接口產(chǎn)生的電壓波動和閃爍（Fluctuation and Flicker）測量。

（3）EMS（Electromagnetic Susceptibility，電磁抗擾度）性能：處在一定環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運行時設(shè)備或系統(tǒng)能承受各種類型的電磁能量干擾。這部分的測試方法與標準制修訂由IEC/TC77（國際電工委員會/第77技術(shù)委員會）負責，對產(chǎn)品的具體要求及標準修訂由IEC/CISPR（國際電工委員會/國際無線電干擾特別委員會）負責。這種電磁能量干擾主要有：

● 靜電放電；

● 電源接口的電快速瞬變脈沖群；

● 信號線、控制線接口的電快速瞬變脈沖群；

● 電源接口的浪涌和雷擊；

● 信號線、控制線接口的浪涌和雷擊；

● 從空間傳遞給產(chǎn)品殼體的電磁輻射；

● 從電源接口傳入的傳導干擾；

● 電源接口的電壓跌落與中斷。

EMC設(shè)計是指在產(chǎn)品設(shè)計過程中利用一定的設(shè)計技巧和額外的技術(shù)手段，使產(chǎn)品的EMC性能（包括產(chǎn)品的抗干擾能力和產(chǎn)品的騷擾水平）提高，并能在一定環(huán)境中按照產(chǎn)品的設(shè)計期望正常運行。為了衡量在實際應(yīng)用環(huán)境中產(chǎn)品的EMC性能，需要進行EMC測試。對應(yīng)以上產(chǎn)品各項EMC指標，EMC測試通常分為EMI測試和EMS測試兩大方面。

（1）EMI測試：

● 電源線傳導騷擾（CE）測試；

● 信號、控制線傳導騷擾（CE）測試；

● 輻射騷擾（RE）測試；

● 諧波電流測試；

● 電壓波動和閃爍測試。

（2）EMS測試：

● 靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）抗擾度測試；

● 電源接口的電快速瞬變脈沖群（EFT/B）抗擾度測試；

● 信號線、控制線的電快速瞬變脈沖群（EFT/B）抗擾度測試；

● 電源接口的浪涌（Surge）和雷擊測試；

● 信號線、控制線的浪涌（Surge）和雷擊測試；

● 殼體輻射抗擾度（RS）測試；

● 電源接口傳導抗擾度（CS）測試；

● 信號線、控制線的傳導抗擾度（CS）測試；

● 電源接口的電壓跌落與中斷測試（DIP）。

對于汽車及車載電子設(shè)備，由于其電磁環(huán)境與供電環(huán)境相對特殊，其EMC測試也相對特殊，但也可分為EMI測試和EMS測試兩大類。測試項目主要參考ISO、CISPR標準，具體的EMC測試項目包括：

（1）EMI測試。

● 符合CISPR25（對應(yīng)國標GB18655）、CISPR12（對應(yīng)國標GB14023）標準的輻射騷擾測試；

● 符合CISPR25（對應(yīng)國標GB18655）標準的傳導耦合/瞬態(tài)發(fā)射騷擾測試。

（2）EMS測試。

● 符合ISO7637-1/2標準規(guī)定的電源線傳導耦合/瞬態(tài)抗擾度測試；

● 符合ISO7637-3標準規(guī)定的傳感器電纜與控制電纜傳導耦合/瞬態(tài)抗擾度測試；

● 符合ISO11452-7（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的射頻傳導抗擾度測試；

● 符合ISO11452-2（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的輻射場抗擾度測試；

● 符合ISO11452-3（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的橫電磁波（TEM）小室的輻射場抗擾度測試；

● 符合ISO11452-4（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的大電流注入（BCI）抗擾度測試；

● 符合ISO11452-5（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的帶狀線抗擾度測試；

● 符合ISO11452-6（對應(yīng)國標GB17619）標準規(guī)定的三平板抗擾度測試；

● 符合ISO10605標準規(guī)定的靜電放電抗擾度測試。

EMC設(shè)計不能像硬件電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件設(shè)計等設(shè)計活動一樣單獨存在，它是依附于產(chǎn)品設(shè)計活動中的一種特殊的活動。如果一定要對EMC設(shè)計活動進行分類，那么主要包括：

● 產(chǎn)品的EMC標準和需求分析；

● 產(chǎn)品機械構(gòu)架的EMC設(shè)計，包括產(chǎn)品的電纜設(shè)計；

● 電路原理圖的EMC設(shè)計；

●PCB的EMC設(shè)計；

●EMC測試過程中出現(xiàn)問題的改進。