1.EMC概述 

 電磁兼容性，英文名稱為“Electromagnetic Compatibility”，簡稱EMC。在我國國家軍標中給出了明確的定義。“設備（分系統、系統）不會由于受到處于同一電磁環境中的其他設備的電磁發射導致或遭受不允許的降級；它也不會使同一電磁環境中的其他設備（分系統、系統），因受其電磁發射而導致或遭受不允許的降級”。由此可見，電磁兼容性指的是設備正常工作而又不相互干擾的存在于各類電磁環境的自身質量特性和耐受環境影響的特殊能力。由于其直接影響電子系統精度、可靠性、兼容性、安全性和環境適應性等多方面，因而在當代的電子、電氣產品設計中地位日益突出。EMC的概念目前已涉及現代電子工業所有行業。就電子設備而言，在歐洲的CE認證和美國的FDA認證中都有關于EMC的強制性標準。本文從基本概念入手，結合實際工程經驗，針對EMC設計、測試中比較棘手的難題，提出了一些在實踐中切實有效的方法，希望能為從事電子設備設計工作者提供參考和借鑒，為國產電子設備EMC性能提高起到拋磚引玉的作用。

2.EMC設計難題及其解決方法探討

 我國國內設備廠商目前大多不具備良好的EMC的系統設計能力和EMC設計管理控制能力，因此在實際工程中，會遇到不少EMC難題，其中比較突出的有靜電抗擾度、輻射干擾、傳導干擾等。本文主要就這三種日常比較棘手的難題及其解決方法總結如下。

     2.1 靜電放電(ESD)難題及其解決方法

 靜電在電子設備生命周期全過程中防不勝防。電子設備因靜電出現死機、顯示不正常、甚至器件損壞是危害設備可靠性的大敵。尤其是便攜式電子設備靜電問題更加突出。靜電對電子產品的危害機理復雜，防范困難。對于良好接地的可觸及導電部分的±4kV接觸放電，設備絕緣外殼一般是能夠抵御的，但是對于±8kV空氣放電和裸露的、接地不好的金屬部分或電鍍件、表面絕緣的金屬等，往往會存在很多問題。

解決ESD的方案可以歸為4大類：

(1)表面絕緣法，此方法的設計理念是通過加大電氣間隙、爬點距離等方法，使得外部的靜電場不能對敏感的電子設備直接接觸放電或間接空氣放電，例如塑料外殼產品無縫隙設計或即使有縫隙但是縫隙到內部電路有大于8mm的電氣間距或能抵御±8kV的薄型加強絕緣材料。這種方法尤其適合解決接觸放電問題，但無法很好解決由于靜電場耦合造成的靜電場容性干擾問題。

(2)靜電屏蔽法，通過法拉第籠的屏蔽法讓靜電無法進入到金屬殼設備內部。但由于設備需要散熱且有對外接口，因此，就演變成設備的孔、縫設計問題。根據靜電放電的典型上升時間為0.7~1ns，而輻射電磁波的主要能量集中在9次以下諧波，因此，一般抑制靜電耦合的最高頻點為14GHz，而根據常用的電磁場和天線理論，對于小于0.05λ的孔縫，能穿過的能量只有不到4%，因此，一般金屬散熱孔開孔尺寸最好小于1.2mm；其實最關鍵的還是外部電纜的接口設計（見后2條）和縫隙設計（加導電襯墊）。

(3)濾波接地吸收法，分為內部電路板與金屬外殼隔離、單點接地或多點接地等情況。其目的主要是讓靜電不至于通過接口電纜進入內部電路板上。隔離法是結構設計可以確保靜電很難沿著電纜進入內部時，通過電纜金屬接插件，讓靜電只在外殼流動的設計，又叫能量釋放法，一般通過合理的PCB布線和結構設計，使得高能量的靜電電荷以電弧放電形式釋放掉。但需防止表面大的瞬態電流磁場對內部的影響；單點接地和多點接地就是通過在接口增加ESD吸收或瀉放器件（如齊納二極管、壓敏電阻等），例如在端口的電源或信號端增加差模或共模方式的ESD吸收器件，使得靜電流直接流到機殼，而保護內部電路。一般接地面積需要達到一定的尺寸。

(4)絕緣、放電和導地相結合的方法。首先是設備的輸入輸出口，其次是設備的鍵盤、面板等有縫隙的部位。這些部位本身并沒有什么特別的地方，但是這些部位的縫隙附近如果存在未良好接地的導電體PCB板或元器件，±8kV空氣放電將空氣擊穿，就可能直接造成電路的異常工作，或由于火花放電（電弧放電）發出嚴重的射頻干擾而導致系統死機。這些問題一般可通過良好的結構設計和系統設計來避免。

     2.2 傳導干擾難題及其解決方法

 傳導干擾是指干擾源以傳導耦合的方式到達敏感設備。干擾源和敏感設備之間通常有三種耦合通路。分別是公共電源、公共地回路、信號線之間的近場感應。當代電子設備中，較為顯著的傳導干擾來源于電源，目前開關電源應用非常廣泛，但是其“開關頻率”引起的輻射和傳導干擾卻無法忽視。當然，如果電源設計考究，這些問題也是可以很好地解決的，比如調整開關波形產生電路、考量變壓器的設計、改進共模和差模濾波器等等。除了系統的設計考慮之外，解決電源端口傳導騷擾和抗擾的最好方法是加專業的電源濾波器；同樣的，解決信號和控制端口的傳導干擾的最好方法也是加專業的信號濾波器。濾波器不僅能抑制電磁騷擾，更能保護外部的電磁干擾影響內部電路。但僅靠濾波器又是錯誤的，因為再好的濾波器也有其最大濾波能力，只有從騷擾源、傳播路徑共同配合設計，才是最佳設計。

     2.3 輻射干擾難題及其解決方法

 2.3.1 輻射干擾

 輻射騷擾和輻射敏感度是EMC問題的又一個很難解決的難題。不僅僅因為輻射相關試驗頻段寬，而且因為造成輻射干擾問題的多途徑，例如噪聲源太強，路徑中的縫隙、導線、屏蔽效能大小和泄露程度等，敏感源敏感性高、抗擾度差，產品的設計和設計實現很難完好貫徹如一的執行等，這些因素決定了很難通過屏蔽、濾波、接地、管理等方式解決這個難題。因此，解決好輻射干擾問題，是衡量產品電磁兼容設計質量的關鍵因素之一。

2.3.2 輻射干擾的解決方法

 通常考慮對干擾的抑制都是從干擾的三要素——干擾源、干擾途徑、敏感設備——去著手的，輻射干擾也不例外。首先是考慮降低干擾源的輻射強度，然后是切斷干擾耦合的途徑。

(1)板級輻射干擾抑制。輻射干擾的控制是從電路板的布線開始的。為控制電路板的輻射，必須減小信號路徑形成的環形區域，這是一項極其艱巨的工作。在系統中，時鐘電流往往是最嚴重的輻射源。時鐘電流的全部能量都集中在由基頻為主的窄帶內[3]。在布線時應盡量減小載有系統時鐘電流的環的面積，所有時鐘都應盡可能短地與地回路相連，如使用多層板布線時接地層就可起到這一作用。對于那些引到板外的時鐘信號，應在板內作LC濾波（參數的選擇上應注意不要造成信號嚴重失真或幅度過低），以使時鐘信號盡可能少地載有高次諧波分量。此外，使用外殼接地的晶振也可減少時鐘帶來的輻射干擾。

(2)板間連接的輻射干擾抑制。除了電路板的輻射以外，板間互連電纜也可帶來嚴重的干擾。板間互連電纜有這么幾種：同軸、三芯、雙絞和帶狀電纜，它們減小輻射的能力依次減弱。通常處理時鐘信號的最佳途徑是使用同軸電纜，因為在所有類型的電纜中，同軸電纜芯線與屏蔽層之間具有最大的互感。但是因為帶狀電纜（扁平電纜）的連接效率較高，在許多的電子設備中都廣泛地使用帶狀電纜。這時電纜中地線的配置就相當重要了，導線間的布線方式是：地-信號-地-信號-地，相間配置，這樣可以使每一信號的環面積都盡可能小，從而減弱輻射強度。帶狀電纜也可屏蔽，如覆蓋有很薄的鋁箔的屏蔽電纜，但是這種屏蔽電纜往往難以很好地端接（即具有360度環形連接），因此效果明顯降低。為減少板間連接電纜帶來的輻射干擾，還應盡可能使電纜的長度最短，這樣電纜的輻射效率會顯著下降，大量采用硬連接（直接插座或SMT焊接），可使板間連接造成的輻射減小。

(3)系統級的輻射干擾抑制。屏蔽是最重要的手段。不少醫療電子設備采用金屬外殼，這可以起到一定的屏蔽作用，降低設備對外界的輻射。系統級的輻射干擾抑制，不僅要從管理上管控各個單元的電纜輻射干擾電平（含設計實現、生產工藝實現、工程安裝實現等），而且要對各單元的地環路影響、信號的阻抗適配度、屏蔽和濾波的搭接工藝進行統一管理才行。所謂產品的設計水平是通過科學的管理保證的，管理方面不在本文考慮范圍。

電磁屏蔽能效分為兩個方面，即屏蔽體對電磁波的反射損耗和吸收損耗。同時電磁屏蔽效能又主要取決于兩點：屏蔽材料和屏蔽體的完整性。從EMC測試的角度看，只要條件允許，一般優先考慮鐵（鋼）作為屏蔽材料，此外為提高其反射損耗，還可在表面鍍鋅或錫等材料。對于一些便攜式設備，由于有重量輕的要求，一般都使用塑料外殼，這種情況下通常可采用在塑料外殼內壁噴涂屏蔽涂料的方法來達到屏蔽的目的，一般要求噴涂后的表面電阻小于0.5 Ohm，這與不噴涂屏蔽材料的狀況相比，有明顯的改善。

另外，屏蔽體上各種電氣不連續處的屏蔽效能是決定總屏蔽效能的決定因素，因此在屏蔽設計時要特別注意那些電磁能量泄漏最大的因素，如設備的通風孔、線纜出入口、設備的外接電纜、機殼的接縫等。在屏蔽設計中，應使直接縫隙和間接搭接縫隙的尺寸遠小于所要抑制的電磁波的波長λ，一般軍隊設備要求縫隙不大于0.01λ，民用設備不大于0.05λ，通用經驗是必須小于0.25λ。縫隙的設計必須和電纜的濾波和搭接設計相結合考慮，以防顧此失彼。

還有值得一提的是，設備的傳導干擾與輻射干擾存在一定的關聯，這突出表現在AC/DC開關電源上。當開關波形上出現較大的振鈴，除引起較大的傳導干擾外，還會帶來較大的輻射干擾。但與數字電路的時鐘引起的輻射干擾不同，它在高頻頻譜上沒有突出的單支峰，而是呈現出山坡狀的曲線。當采取適當的濾波電路措施消弱振鈴后，其帶來的輻射干擾亦被消除。

3.結語

    隨著人們對現代電子設備EMC工作的認識，這項工作的重要性得到了越來越多的企業的共識。因此加強相關領域的工程技術人員和學者之間的經驗交流和技術研討，勢必會推動我國現代電子設備EMC工作的發展。本文在這里粗淺地探討了一些在EMC設計過程中對一些難題的認識和解決方法，僅供大家參考。

 推薦型號：

1、靜電放電模擬器

SESD 216（電壓范圍：200V~16.5kV）

SESD 230（電壓范圍：500V~30kV）

SESD 30000（電壓范圍：1kV~30kV）

ESD - Test System 30 kV

2、電磁兼容抗擾度測試系統

1）電快速瞬變脈沖群發生器

  SFT 1400-1: 125kHz / 5.0kV

  SFT 1420-1: 2MHz / 4.8kV

  SFT 2400: 125kHz / 5.0kV / 觸摸屏

  SFT 2420: 2MHz / 4.8kV / 觸摸屏

2）雷擊/浪涌發生器

  CWG 520: 3x400V / 16A

  CWG 1500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV

  CWG 2500: 1.2/50 μs_8/20μs / 4.4kV / 觸摸屏

3)射頻場感應的傳導騷擾抗擾度測試系統

   CDG700-25（功率25w，頻率范圍100kHz - 250MHz）

   CDG700-75（功率75w，頻率范圍100kHz - 400MHz）

   CDG700-75-10（功率75w，頻率范圍10kHz - 250MHz）

4）磁場發生器和分析器

   MGA 1030（信號發生器DC-250 kHz）

5）共模傳導干擾模擬器

 PGA 1240（DC至300kHz頻率范圍）

6）絕緣和沖擊耐受電壓測試發生器

 PG 01-2000 （測試電壓4 kV – 10 kV，0,1 /2000μs的標準脈沖電壓波形）

7）電源故障模擬器

 VIS 1700（280Vac / 360Vdc）

Schlöder施羅德授權代理商：蘇州威銳科電子有限公司

蘇州威銳科電子有限公司專注于電磁兼容測試（EMI+EMS），產品涵蓋靜電放電模擬器、射頻傳導騷擾抗擾度而是系統、共模傳導干擾模擬器、電快速瞬變脈沖群發生器、雷擊浪涌發生器、電源故障模擬器等電磁兼容性測試產品。我們在全國各地已建立了完善的銷售 網絡和服務體系,無論您在哪里都可以享受到方便快捷的優質服務。威銳科電子依靠 “敬業、團隊、創新”的企業精神，提供更好的服務，竭誠為廣大用戶解決各種電磁兼容測試問題。