EMC電磁兼容設計—概念

1、EMC的概念

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，按設計要求正常工作的能力。就世界范圍來說，電磁兼容性問題已經形成一門新的學科，也是一門以電磁場理論為基礎，包括信息、電工、電子、通信、材料、結構等學科的邊緣科學，同時也是一門實踐性比較強的學科，需要產品工程師具有豐富的實踐知識。

電磁兼容的中心課題是研究如何控制和消除電磁干擾，使電子設備或系統與其他設備聯系在一起工作時，不導致設備或系統的任何部分的工作性能的惡化或降低。

一個設計理想的電子設備或者系統應該既不發射任何不希望的能量，又應該不受任何不希望有的能量的影響。當然，在電子設備或系統出廠前，衡量其EMC性能好壞的主要依據就是EMC測試結果。這些測試，就是衡量一個產品模擬產品在實際工作環境中發生的一些騷擾和干擾，如下圖所示：

產品在實際工作環境中發生的一些騷擾和干擾

一般電子產品設計時不考慮EMC問題，就會導致EMC測試失敗，以致不能通過相關法規的認證，而不能出廠銷售。即使這種產品應用到實際工作環境中，也會出現一些實際問題。因此，在實際應用中，需要不斷地研究出實用的方法來消除電磁干擾和騷擾。例如，工程師們根據需求設計出了效果良好的濾波電路，置于產品I/O接口的前級，可使大多數因傳導而進人系統的干擾噪聲消除在電路系統的人口處;設計出了隔離電路（如變壓器隔離和光電隔離等）解決通過電源線、信號線和地線進人電路的傳導干擾，同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾;設計出了能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量;或通過選擇元器件和合理安排電路系統，使干擾的影響減小。

目前，衡量一個產品的EMC的性能主要從以下兩個方面來考慮。

(1）EMI (Electro Magnetic Interference)——電磁干擾性能。即處在一定環境中的設備或系統正常運行時，不應產生超過相應標準所要求的電磁能量干擾。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;
• 從產品殼體（包括產品中的所有電纜）輻射出來的騷擾;
• 從電源端口傳導出來的諧波電流（Harmonic);
• 電源端口產生的電壓波動和閃爍（Fluctuation and Flicker)。

（2）EMS Electro Magnetic Susceptibility)—電磁抗擾度性能。即處在一定環境中的設備或系統正常運行時，設備或系統能承受各種類型的電磁能量干擾。這種電磁能量干擾主要有：

• 靜電放電（ESD）;
• 電源端口的電快速瞬變脈沖群;
• 信號線、控制線端口的電快速瞬變脈沖群;
• 電源端口的浪涌和雷擊;
• 信號線、控制線端口的浪涌和雷擊;
• 從空間傳遞給產品殼體的電磁輻射;
• 電源端口傳入的傳導干擾;
• 電源端口的電壓跌落與中斷。

EMC 設計則是在產品設計過程中，利用一定的設計技巧和額外的技術手段提高產品的EMC性能（包括產品的抗干擾能力和產品的抗騷擾水平)，并能在一定環境中按照產品的設計期望正常運行。為了衡量到達實際應用環境前產品的EMC性能，則需要進行EMC測試。對應于以上產品各項EMC指標，EMC測試通常也有如下兩個方面。

(1）EMI電磁干擾測試

• 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（Harmonic）測試;
• 電壓波動和閃爍（Fluctuation and Flicker）測試。

(2）EMS電磁抗擾度測試

• 靜電放電（ESD)抗擾度測試;
• 電源端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;
• 電源端口的浪涌（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;
• 電源端口的傳導抗擾度（CS)）測試;
• 信號線、控制線的傳導抗擾度（CS)測試;
• 電源端口的電壓跌落與中斷測試（DIP)。

2、EMC設計理念

在電子產品的設計中，為獲得良好的EMC性能和成本比，對產品進行EMC設計是重要的。

電子產品的EMC性能是設計賦予的。測試僅僅是將電子產品固有的EMC性能用某種定量的方法表征出來。對于企業規范化EMC設計來講可按照以下3步實現。

第1步：應在研發前期考慮EMC設計。

如果產品設計前期不考慮EMC問題，僅寄希望于測試階段解決（表現為通過整改來解決設計成型產品的EMC問題，這樣大量的人力和物力都投入在后期的測試/驗證、整改階段)。那么，即使產品整改成功，大多情況下還是會由于整改涉及電路原理、PCB設計、結構模具的變更，導致研發費用大大增加，周期大大延長。

只有在前期產品設計過程中考慮與預測EMC問題，把 EMC變成一種可控的設計技術，并行和同步于產品功能設計的過程，才能一次性地把產品設計好。

第2步：通過設計提高電子產品的EMC性能，絕對不是企業內 EMC專家一個人所賦予的，因為EMC絕對不可能脫離產品硬件、結構等實物而存在。

因此，要使設計的電子產品一次取得良好的EMC性能，就需要提高產品設計工程師的EMC經驗與意識問題。如硬件工程師，除了原先必須掌握的電路設計知識外，還應該掌握EMI和EMS抗干擾設計的基本知識;PCB設計工程師需要掌握相應的器件布局、層疊設計、高速布線方面的EMC設計知識;結構工程師也需要了解產品結構的屏蔽等方面的設計知識。

因為這些共同參與產品設計的工程師，要去實現EMC專家在產品設計過程中所提出的意見，就要理解、領會EMC專家所提出的建議的奧秘，并與各自領域的設計特點相結合，將所有EMC問題的萌芽消滅在產品設計階段。只有所有參與產品設計的開發人員共同提高EMC素質，才能設計出具有高性能EMC的電子產品。

第3步：企業要自己建立一套規范的EMC設計體系和設計分析方法。

企業要自己建立一套規范的EMC設計體系和設計分析方法，即在研發流程中融入EMC設計分析及風險評估的過程，在產品設計的各個階段進行EMC的評估和分析控制，把可能出現的EMC問題在研發前期進行考慮，并預測EMC測試的失敗風險。

針對可能出現的EMC問題進行前期充分考慮，并找到解決方案，從而確保產品設計結束后能夠一次性通過測試與認證。當然，這對于企業來講，也將減少不必要的人力及研發成本，縮短產品上市周期。