第1章 EMC与EMC设计基础

1.1 什么是EMC和EMC设计

EMC（Electromagnetic Compatibility，电磁兼容）是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作的能力。它是电子、电气设备或系统的一种重要的技术性能。就世界范围来说，电磁兼容问题已经形成一门新的学科，它是一门以电磁场理论为基础，涉及信息、电工、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学，同时也是一门实践性很强的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰），使电子设备或系统与其他设备联系在一起工作时，不引起设备或系统的任何部分的工作性能恶化或降低。按照国际标准和国家标准的要求，被干扰对象一般分成两类：无线电接收设备；非无线电接收设备。对于无线电接收设备，由于涉及频谱资源的利用，其电磁兼容问题主要靠降低周边其他设备的无意电磁辐射发射值来实现；对于非无线电接收设备，其电磁兼容问题是研究其在应用环境中实际发生的干扰值为基础，并把干扰值作为对非无线电接收设备本身的抗干扰能力要求来实现的。这样来看，工程领域中一个设计理想的电子设备或系统应不发射任何不希望的能量，是指对无线电接收机的保护；而不受任何不希望有的能量的影响，是指电子设备本身的抗干扰能力。当然，在电子设备或系统出厂前，衡量其EMC性能好坏的主要依据就是EMC测试。产品在实际应用环境中发生的骚扰与干扰如图1-1所示。

目前，衡量一个产品的EMC性能主要从以下三个方面考虑：

（1）基于无线电保护的EMI性能：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时不应产生超过相应标准所要求的射频电磁能量。这部分的测试方法与限值标准制修订由IEC/CISPR（国际电工委员会/国际无线电干扰特别委员会）负责。这样的电磁干扰有：

● 从电源线传导出来的电磁骚扰；

● 从信号线、控制线传导出来的骚扰；

● 从产品壳体（包括产品中的所有电缆）辐射出来的骚扰。

（2）基于电网用电安全的EMI性能：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时不应产生超过相应标准所要求的能量。这部分的测试方法与限值标准制修订由IEC/TC77（国际电工委员会/第77技术委员会）负责。这样的电磁干扰有：

● 从电源接口传导出来的谐波（Harmonic）电流；

● 电源接口产生的电压波动和闪烁（Fluctuation and Flicker）测量。

（3）EMS（Electromagnetic Susceptibility，电磁抗扰度）性能：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时设备或系统能承受各种类型的电磁能量干扰。这部分的测试方法与标准制修订由IEC/TC77（国际电工委员会/第77技术委员会）负责，对产品的具体要求及标准修订由IEC/CISPR（国际电工委员会/国际无线电干扰特别委员会）负责。这种电磁能量干扰主要有：

● 静电放电；

● 电源接口的电快速瞬变脉冲群；

● 信号线、控制线接口的电快速瞬变脉冲群；

● 电源接口的浪涌和雷击；

● 信号线、控制线接口的浪涌和雷击；

● 从空间传递给产品壳体的电磁辐射；

● 从电源接口传入的传导干扰；

● 电源接口的电压跌落与中断。

EMC设计是指在产品设计过程中利用一定的设计技巧和额外的技术手段，使产品的EMC性能（包括产品的抗干扰能力和产品的骚扰水平）提高，并能在一定环境中按照产品的设计期望正常运行。为了衡量在实际应用环境中产品的EMC性能，需要进行EMC测试。对应以上产品各项EMC指标，EMC测试通常分为EMI测试和EMS测试两大方面。

（1）EMI测试：

● 电源线传导骚扰（CE）测试；

● 信号、控制线传导骚扰（CE）测试；

● 辐射骚扰（RE）测试；

● 谐波电流测试；

● 电压波动和闪烁测试。

（2）EMS测试：

● 静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）抗扰度测试；

● 电源接口的电快速瞬变脉冲群（EFT/B）抗扰度测试；

● 信号线、控制线的电快速瞬变脉冲群（EFT/B）抗扰度测试；

● 电源接口的浪涌（Surge）和雷击测试；

● 信号线、控制线的浪涌（Surge）和雷击测试；

● 壳体辐射抗扰度（RS）测试；

● 电源接口传导抗扰度（CS）测试；

● 信号线、控制线的传导抗扰度（CS）测试；

● 电源接口的电压跌落与中断测试（DIP）。

对于汽车及车载电子设备，由于其电磁环境与供电环境相对特殊，其EMC测试也相对特殊，但也可分为EMI测试和EMS测试两大类。测试项目主要参考ISO、CISPR标准，具体的EMC测试项目包括：

（1）EMI测试。

● 符合CISPR25（对应国标GB18655）、CISPR12（对应国标GB14023）标准的辐射骚扰测试；

● 符合CISPR25（对应国标GB18655）标准的传导耦合/瞬态发射骚扰测试。

（2）EMS测试。

● 符合ISO7637-1/2标准规定的电源线传导耦合/瞬态抗扰度测试；

● 符合ISO7637-3标准规定的传感器电缆与控制电缆传导耦合/瞬态抗扰度测试；

● 符合ISO11452-7（对应国标GB17619）标准规定的射频传导抗扰度测试；

● 符合ISO11452-2（对应国标GB17619）标准规定的辐射场抗扰度测试；

● 符合ISO11452-3（对应国标GB17619）标准规定的横电磁波（TEM）小室的辐射场抗扰度测试；

● 符合ISO11452-4（对应国标GB17619）标准规定的大电流注入（BCI）抗扰度测试；

● 符合ISO11452-5（对应国标GB17619）标准规定的带状线抗扰度测试；

● 符合ISO11452-6（对应国标GB17619）标准规定的三平板抗扰度测试；

● 符合ISO10605标准规定的静电放电抗扰度测试。

EMC设计不能像硬件电路设计、结构设计、软件设计等设计活动一样单独存在，它是依附于产品设计活动中的一种特殊的活动。如果一定要对EMC设计活动进行分类，那么主要包括：

● 产品的EMC标准和需求分析；

● 产品机械构架的EMC设计，包括产品的电缆设计；

● 电路原理图的EMC设计；

●PCB的EMC设计；

●EMC测试过程中出现问题的改进。