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(biāo)中給出了明確的定義。“設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)）不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中的其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級；它也不會使同一電磁環(huán)境中的其他設(shè)備（分系統(tǒng)、系統(tǒng)），因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級”。由此可見，電磁兼容性指的是設(shè)備正常工作而又不相互干擾的存在于各類電磁環(huán)境的自身質(zhì)量特性和耐受環(huán)境影響的特殊能力。由于其直接影響電子系統(tǒng)精度、可靠性、兼容性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性等多方面，因而在當(dāng)代的電子、電氣產(chǎn)品設(shè)計中地位日益突出。EMC的概念目前已涉及現(xiàn)代電子工業(yè)所有行業(yè)。就電子設(shè)備而言，在歐洲的CE認(rèn)證和美國的FDA認(rèn)證中都有關(guān)于EMC的強制性標(biāo)準(zhǔn)。本文從基本概念入手，結(jié)合實際工程經(jīng)驗，針對EMC設(shè)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(shè)備設(shè)計工作者提供參考和借鑒，為國產(chǎn)電子設(shè)備EMC性能提高起到拋磚引玉的作用。

2.EMC設(shè)計難題及其解決方法探討

 我國國內(nèi)設(shè)備廠商目前大多不具備良好的EMC的系統(tǒng)設(shè)計能力和EMC設(shè)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(dǎo)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(jié)如下。

     2.1 靜電放電(ESD)難題及其解決方法

 靜電在電子設(shè)備生命周期全過程中防不勝防。電子設(shè)備因靜電出現(xiàn)死機、顯示不正常、甚至器件損壞是危害設(shè)備可靠性的大敵。尤其是便攜式電子設(shè)備靜電問題更加突出。靜電對電子產(chǎn)品的危害機理復(fù)雜，防范困難。對于良好接地的可觸及導(dǎo)電部分的±4kV接觸放電，設(shè)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(shè)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(shè)備直接接觸放電或間接空氣放電，例如塑料外殼產(chǎn)品無縫隙設(shè)計或即使有縫隙但是縫隙到內(nèi)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(shè)備內(nèi)部。但由于設(shè)備需要散熱且有對外接口，因此，就演變成設(shè)備的孔、縫設(shè)計問題。根據(jù)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(jù)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(guān)鍵的還是外部電纜的接口設(shè)計（見后2條）和縫隙設(shè)計（加導(dǎo)電襯墊）。

(3)濾波接地吸收法，分為內(nèi)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(nèi)部電路板上。隔離法是結(jié)構(gòu)設(shè)計可以確保靜電很難沿著電纜進入內(nèi)部時，通過電纜金屬接插件，讓靜電只在外殼流動的設(shè)計，又叫能量釋放法，一般通過合理的PCB布線和結(jié)構(gòu)設(shè)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(tài)電流磁場對內(nèi)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(nèi)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(dǎo)地相結(jié)合的方法。首先是設(shè)備的輸入輸出口，其次是設(shè)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(dǎo)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(fā)出嚴(yán)重的射頻干擾而導(dǎo)致系統(tǒng)死機。這些問題一般可通過良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計來避免。

     2.2 傳導(dǎo)干擾難題及其解決方法

 傳導(dǎo)干擾是指干擾源以傳導(dǎo)耦合的方式到達敏感設(shè)備。干擾源和敏感設(shè)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(yīng)。當(dāng)代電子設(shè)備中，較為顯著的傳導(dǎo)干擾來源于電源，目前開關(guān)電源應(yīng)用非常廣泛，但是其“開關(guān)頻率”引起的輻射和傳導(dǎo)干擾卻無法忽視。當(dāng)然，如果電源設(shè)計考究，這些問題也是可以很好地解決的，比如調(diào)整開關(guān)波形產(chǎn)生電路、考量變壓器的設(shè)計、改進共模和差模濾波器等等。除了系統(tǒng)的設(shè)計考慮之外，解決電源端口傳導(dǎo)騷擾和抗擾的最好方法是加專業(yè)的電源濾波器；同樣的，解決信號和控制端口的傳導(dǎo)干擾的最好方法也是加專業(yè)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(nèi)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(shè)計，才是最佳設(shè)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(guān)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(dǎo)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(chǎn)品的設(shè)計和設(shè)計實現(xiàn)很難完好貫徹如一的執(zhí)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(chǎn)品電磁兼容設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

2.3.2 輻射干擾的解決方法

 通?？紤]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(shè)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(huán)形區(qū)域，這是一項極其艱巨的工作。在系統(tǒng)中，時鐘電流往往是最嚴(yán)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(nèi)[3]。在布線時應(yīng)盡量減小載有系統(tǒng)時鐘電流的環(huán)的面積，所有時鐘都應(yīng)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(yīng)在板內(nèi)作LC濾波（參數(shù)的選擇上應(yīng)注意不要造成信號嚴(yán)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(yán)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(shè)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(dāng)重要了，導(dǎo)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(huán)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(huán)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(yīng)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(tǒng)級的輻射干擾抑制。屏蔽是最重要的手段。不少醫(yī)療電子設(shè)備采用金屬外殼，這可以起到一定的屏蔽作用，降低設(shè)備對外界的輻射。系統(tǒng)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(shè)計實現(xiàn)、生產(chǎn)工藝實現(xiàn)、工程安裝實現(xiàn)等），而且要對各單元的地環(huán)路影響、信號的阻抗適配度、屏蔽和濾波的搭接工藝進行統(tǒng)一管理才行。所謂產(chǎn)品的設(shè)計水平是通過科學(xué)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(yōu)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(shè)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?？刹捎迷谒芰贤鈿?nèi)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(xù)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(shè)計時要特別注意那些電磁能量泄漏最大的因素，如設(shè)備的通風(fēng)孔、線纜出入口、設(shè)備的外接電纜、機殼的接縫等。在屏蔽設(shè)計中，應(yīng)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(shè)備要求縫隙不大于0.01λ，民用設(shè)備不大于0.05λ，通用經(jīng)驗是必須小于0.25λ。縫隙的設(shè)計必須和電纜的濾波和搭接設(shè)計相結(jié)合考慮，以防顧此失彼。

還有值得一提的是，設(shè)備的傳導(dǎo)干擾與輻射干擾存在一定的關(guān)聯(lián)，這突出表現(xiàn)在AC/DC開關(guān)電源上。當(dāng)開關(guān)波形上出現(xiàn)較大的振鈴，除引起較大的傳導(dǎo)干擾外，還會帶來較大的輻射干擾。但與數(shù)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(xiàn)出山坡狀的曲線。當(dāng)采取適當(dāng)?shù)臑V波電路措施消弱振鈴后，其帶來的輻射干擾亦被消除。

3.結(jié)語

    隨著人們對現(xiàn)代電子設(shè)備EMC工作的認(rèn)識，這項工作的重要性得到了越來越多的企業(yè)的共識。因此加強相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和學(xué)者之間的經(jīng)驗交流和技術(shù)研討，勢必會推動我國現(xiàn)代電子設(shè)備EMC工作的發(fā)展。本文在這里粗淺地探討了一些在EMC設(shè)計過程中對一些難題的認(rèn)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(tǒng)

1）電快速瞬變脈沖群發(fā)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(fā)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(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試系統(tǒng)

   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(fā)生器和分析器

   MGA 1030（信號發(fā)生器DC-250 kHz）

5）共模傳導(dǎo)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(fā)生器

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

7）電源故障模擬器

 VIS 1700（280Vac / 360Vdc）

Schlöder施羅德授權(quán)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(chǎn)品涵蓋靜電放電模擬器、射頻傳導(dǎo)騷擾抗擾度而是系統(tǒng)、共模傳導(dǎo)干擾模擬器、電快速瞬變脈沖群發(fā)生器、雷擊浪涌發(fā)生器、電源故障模擬器等電磁兼容性測試產(chǎn)品。我們在全國各地已建立了完善的銷售 網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)體系,無論您在哪里都可以享受到方便快捷的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。威銳科電子依靠 “敬業(yè)、團隊、創(chuàng)新”的企業(yè)精神，提供更好的服務(wù)，竭誠為廣大用戶解決各種電磁兼容測試問題。