关于电磁兼容 工程师们不得不知的事情「电磁兼容专业」

今天带来关于电磁兼容 工程师们不得不知的事情「电磁兼容专业」，关于关于电磁兼容 工程师们不得不知的事情「电磁兼容专业」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

当今，电子、电器产品的电磁兼容性越来越受到世界各国的重视，尤其是欧美等发达国家，更是强制执行。在我国的3C认证中也有一项重要内容：电磁兼容测试。现在，还有很多人对电磁兼容这一概念理解的不深刻，遇到EMC方面的问题有些茫然，不知从何处着手改进。

电磁兼容入门小技巧

EMC中的“猪尾巴”效应

产品的辐射问题通常包括两种：一种是设备内部形成的环路产生的差模辐射；一种是设备的连接线，电缆，较长的pcb中的导体作为天线辐射电磁能量的载体，形成的共模辐射。而共模辐射又是引起EMI辐射的主要原因，也可能是最难以解决。EMI共模辐射可分为：电流驱动型，电压驱动型，耦合驱动型。

电流驱动：主要是由于信号的返回路径上存在压降，引起地势抬高，从而通过地线，感性耦合，容性耦合等方式构成回路，引起共模干扰，所以信号的返回路径阻抗一定要小；

电压驱动：工作差模电压源通过寄生电容（电感）直接驱动的共模电流是电压驱动的基本驱动模式。这要求我们在进行layout时需要注意避开这些干扰源。

耦合驱动模式：信号回路产生的磁场与电缆及金属外壳或印制板地等产生的共模电流是磁耦合驱动共模共模电流辐射的基本驱动模式。

而“猪尾巴”效应是电流驱动模式下的共模辐射，而该现象在日常使用中很常见。本文以一篇实例介绍该效应。

实验现象：在进行RE辐射类实验时，发现160MHz附近出现宽带超标，但是之前实验中并未发现该频段超标。

问题分析：对于该频段的超标，是首次发现，对比以前的实验，发现硬件，软件版本均一致，改善setup，发现仍无改善，只有线束是新申请加工制作的，想到这里，替换之前的线束，对该频段重新测试，结果如下：

问题可能出在线束上，将线束拨开，发现

之前线束

新的线束

新的线束的屏蔽层的最后一段，供应商简单粗暴的将屏蔽层用一段线束连接在了插座的金属架上，是典型的“猪尾巴”效应，“猪尾巴”效应可以用以下图示分析……

EMC学习记——入门篇

关于EMC需要掌握哪些内容？

EMC概述：

电磁干扰EMI测试项目：

电磁抗扰度EMS测试项目：

如何提高电子产品的电磁兼容性？

你需要知道电磁干扰信号是如何传播的，然后从其经过的路径着手，解决EMC问题。

针对以上路径，我们需要结局的课题进一步分解：

抑制骚扰源、阻断耦合路径、提高接收器的抗干扰能力。

针对以上的课题，具体的措施有哪些？

接地、屏蔽、展频、滤波、pcb设计等等。

每一个方面展开都是一个庞大的课题，后面一边学习一边总结。

关于EMC的国标介绍及分类……

你了解 EMC 测试中的各种天线吗？

本文主要介绍了EMC测试中常用到的天线分类，并对各种天线的特性做了简要的介绍。

RS测试中的天线

电子产品在做电磁实验时经常会做一些RS实验，实验中会涉及到某些不同类型的天线，那么作为一名专业的电子工程师，你对天线了解的有多少呢？

一、天线的原理

天线是一种能量转换器，当天线作为发射天线时，它将传输线送来的高频电流转换成空间的电磁波；当天线作为接收天线时，它将空间的电磁波转换成传输线中的信号功率。这两种能量的转换过程是可逆的，因而，接收天线和发射天线具有互易性。

天线的种类多种多样，按照不同的分类标准，可将天线分为不同的类型。按工作频率分类，天线可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；按方向性分类，天线可分为全向天线和定向天线；按对电场和磁场分量的响应不同，天线可分为电场天线和磁场天线；按天线发射的电磁波的极化特性，天线可分为极化天线和面化天线等。

二、常用的天线

a.偶极子天线

调谐偶极子天线是在无线电通信中，使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体构成，导体相互靠近的两端分别与馈电线相连。用作发射天线时，电信号从天线中心馈入导体；用作接收天线时，也在天线中心从导体中获取接收信号。常见的偶极子天线由两根共轴的直导线构成，这种天线在远处产生的辐射场是轴对称的，并且在理论上能够严格求解。偶极子天线是共振天线，理论分析表明，细长偶极子天线内的电流分布具有驻波的形式，驻波的波长正好是天线产生或接收的电磁波的波长。因而制作偶极子天线时，会通过工作波长来确定天线的长度。最常见的偶极子天线是半波天线，它的总长度近似为工作波长的一半。

除了直导线构成的半波天线，有时也会使用其他种类的偶极子天线，如直导线构成全波天线、短天线，以及形状更为复杂的笼形天线、蝙蝠翼天线等。偶极子天线在一些严格的测量、天线的校准和建立标准场中都是十分重要的。调谐偶极子天线常常用于天线的校准和场地衰减的测量，是对用于天线校准的参考场地进行测量的唯一天线。该天线为众多实验室所采用，作为实验室的天线标准。通常，调谐偶极子天线仅在它的谐振频率附近5%的频段内，其方向性才保持不变；在其他频率上，谐振偶极子天线的方向性变化剧烈。通常，当频率大于等于80MHz时，谐振偶极子天线长度应调整到谐振长度，并通过适当的变换装置进行谐振与馈源匹配。谐振长度应对应工作频率的半波长，故该天线也称为半波振子，也就是说，偶极子天线的左右臂长度均为四分之一波长……

电磁兼容的整改与实践

电磁兼容的整改与实践

EMC的实战整改

EMC主要是通过测试产品在电磁方面的干扰大小和抗干扰能力的综合评定，是产品在质量安全认证重要的指标之一。很多产品在做产品安全认证时都会遇到产品测试不合格的情况，尤其是在电磁兼容测试（即EMC测试）出错频率更是普遍。当产品一旦测试不合格，那么随之而来的肯定是EMC整改通知书。

在EMC整改过程中很多管理人和技术人员并不太明白该从何处入手，

今天我们就来分析EMC整改常遇到的问题和一些整改建议。

首先我们来从EMC测试项目构成说起，EMC主要包含两大项：EMI（干扰）和EMS（产品抗干扰和敏感度）。当然这两大项中又包括许多小项目，EMI主要测试项：RE（产品辐射，发射）、CE（产品传导干扰）、Harmonic（谐波）、Ficker（闪烁）。EMS主要测试项：ESD（产品静电）、EFT（瞬态脉冲干扰）、DIP（电压跌落）、CS（传导抗干扰）、RS（辐射抗干扰）、Surge（雷击）、PMS（磁场抗扰）。通过这些测试项目我们不难看出EMC测试主要围绕产品的电磁干扰和敏感度两部分，如果一旦产品不符合安全认证标准需要EMC整改的时候我们可以通过降低其材料和零部件进行整改。

一、EMC整改意见

1、在拿到整改意见书以后，需要提前定位好EMC整改计划。没有定位好计划就去盲目的整改产品就像无头的苍蝇一样到处乱动，这样只会增加整改的成本。

2、定位手段，对于这里小编觉得主要可以分为两点。第一：直觉判断，需要完全依托工程师的直觉和经验来进行判断。第二：比较测试，根据测试仪器所提供的数据来进行分析问题。0二、EMC整改流程

1、RE超标整改流程：

2、电线电缆超标整改流程：

3、信号电缆整改流程：

4、屏蔽体泄漏整改流程：

……

提升电磁兼容性的软件策略：EMC不只是硬件工程师的锅

EMC( Electromagnetic Compatibility) 电磁兼容性对于一个产品而言是一个非常重要的性能指标，一个产品遇到EMC的坑，很多测试很难通过，很多软件同学可能会觉得EMC更多的是硬件攻城师要去应对的难题，与软件没毛关系。

个人认为这是一个不正确的认知，应该说EMC是一个系统性的综合性能指标。它与硬件设计、软件设计、机械结构设计都息息相关。本文就从软件编程的角度来分享一下个人的一些看法。

EMC是什么鬼？

电磁兼容性(EMC)是通过限制无意间产生、传播和接收电磁能量的电气设备和系统在其电磁环境中正常工作的能力。这些电磁能量可能会导致不必要的影响，例如电磁干扰(EMI：Electromagnetic Interference)甚至物理损坏、 设备功能异常、功能安全、人身财产安全等。

有这么严重吗？举个极端的例子，比如一个病人身上植入了心脏起搏器，他走到一个强干扰的环境中，外界的电磁干扰通过空间电磁波方式耦合进了心脏起搏器，心脏起搏器没扛住，然后就悲剧了。那么这样一个案例，就可以一体两面的来分析，干扰源从何而来？起搏器为啥没扛住？干扰咋进去的呢？

EMC研究三类主要问题：

能量来源：通过某种来源产生的电磁能，无论是有意还是无意的，都会释放到环境中。EMC研究了无用发射以及为减少无用发射而可能采取的对策。抗干扰能力，它是指在遭受有害辐射（称为射频干扰（RFI））的情况下，受干扰的电气设备应对干扰避免或降低发生故障或损坏的能力。耦合路径：干扰如何进入被干扰设备的机制/途径。

常见的EMC测试有哪些呢？

抗扰度测试：将干扰注入设备，检测设备表现是否正常，比如常规的静电抗扰度测试、脉冲群抗扰度、雷击浪涌，辐射抗扰度等等传导辐射测试：测试设备对外部释放干扰的水平，设备应控制在一定的水准，否则测试将不通过。比如电源线传导测试、电磁波辐射测试等等，具体测试标准，这里就不一一列举了，有兴趣可以自行搜索查询……

如何解决传导干扰？

电磁干扰 EMI 中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰称为传导干扰。传导干扰给不少电子工程师带来困惑，如何解决传导干扰？

找对方法，你会发现，传导干扰其实很容易解决，只要增加电源输入电路中 EMC 滤波器的节数，并适当调整每节滤波器的参数，基本上都能满足要求，下面讲解的八大对策，以解决对付传导干扰难题。

对策一：尽量减少每个回路的有效面积

▲ 图 1 回路电流产生的传导干扰

传导干扰分差模干扰 DI 和共模干扰 CI 两种。先来看看传导干扰是怎么产生的，如图 1 所示，回路电流产生传导干扰。

这里面有好几个回路电流，我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈，或变压器线圈的初、次级，当某个回路中有电流流过时，另外一个回路中就会产生感应电动势，从而产生干扰。减少干扰的最有效 方法就是尽量减少每个回路的有效面积。

对策二：屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度

▲ 图 2 屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度

如图 2 所示，e1、e2、e3、e4 为磁场对回路感应产生的差模干扰信号；e5、e6、e7、e8 为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。共模信号的一端是整个 线路板，另一端是大地。

线路板中的公共端不能算为接地，不要把公共端与外壳相接，除非机壳接大地，否则，公共端与外壳相接，会增大辐射天线的有效面积，共 模辐射干扰更严重。

降低辐射干扰的方法，一个是屏蔽，另一个是减小各个电流回路的面积（磁场干扰），和带电导体的面积及长度（电场干扰）。

对策三：对变压器进行磁屏蔽、尽量减少每个电流回路的有效面积

▲ 图 3 变压器漏磁对回路产生的电磁感应

如图 3 所示，在所有电磁感应干扰之中，变压器漏感产生的干扰是最严重的。如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级，则其它回路都可以看成是变压 器的次级，因此，在变压器周围的回路中，都会被感应产生干扰信号……

由接地不连续引起的ESD实效分析

ESD实验目的是仿真操作人员或者物体在接触物体时产生的放电及人或物体对相邻物体的放电，以检测被测物体抵抗静电放电的抗干扰能力。

ESD测试模式可分为CDM，MM，HBM.

CDM：charged device model,是指器件本身由于电荷积累，迅速放电，导致器件破坏；

MM：machine model，带电导体对器件的放电作用，放电电阻小，电流大，释放能量高；

HBM：human body model，带电操作者接触器件管脚，通过器件放电，放电电阻大，电流小，释放能量低（多用于此类模型）。

ESD实验基本原理：带不同电位的导体通过直接接触或者感应而导致物体间静电电荷的移动，静电放电的电荷快速移动会产生很大的瞬间电流，形成强大的电磁场。静电放电典型曲线图：

防止静电干扰一条最直接的办法就是将静电干扰信号用金属导体直接导引至地。个人理解，如果产品是远端接地，就是引入电池的负极，再接入大地；如果产品的近端接地，就是直接引入大地。

实验设置图：

该产品是汽车仪表，采用远端接地（是否是远端接地，需要根据产品在整车装配时的情况而定，个人觉得近端接地更加容易通过实验），最终需要通过电池的负极释放到大地，注意，电池的负极一定要用粗的编织袋接入铜板，放电枪通过适配器接入220V电源（如果不接入电源可能会对实验结果产生偏差）。

2.实验条件：

其中±8kvy是实验等级A,即实验中和实验后不能有功能偏差……

电磁兼容的系统梳理

非隔离IC控制器的PCB设计分析

电子产品往往60%以上-可靠性方面的问题都出现在电子线路板的PCB设计上，工作及性能良好的PCB需要相关的理论及实践经验。我在产品的设计实践中经常碰到各种各样的问题；比如电子线路板不能通过系统EMS的测试标准，测试关键器件IC的功能引脚时出现高频噪声的问题，电路功能IC引脚检测到干扰噪声进行异常保护等等。

通过理论与实践结合；用测试数据检验我们的理论和实践的差异点，优良的设计跟长期的经验总结是密不可分的。

1.开关电源通过以下的原理示意图分享设计总体原则

图示为常用的两种开关电源的拓扑结构；

A.开关电源拓扑主电流回流路径面积最小化；驱动脉冲电流回路最小化。

B.对于隔离开关电源拓扑结构，电流回路被变压器隔离成两个或多个回路（原边和副边），电流回路要分开最小回流面积布局布线设计。

C.如果电流回路有多个接地点，那么接地点要与中心接地点重合。

D.实际设计时，我们会受到条件的限制；如果2个回路的电容可能不好近距离的共地。

设计的关键点：

就要采用电气并联的方式就近增加一个高频电容达成共地（如图红色虚线）。

2. 对于非隔离的IC控制器与主功率回路系统的PCB设计思路

如下图为-非隔离的电源给IC控制器供电，IC控制器控制LED的负载并进行调光及其它功能的控制应用。其控制器的供电及驱动回路的设计会影响系统的功能及可靠性。

图示IC控制器-PCB布局布线的设计思路如下：

A1.IC周边器件的地走线优先布局布线后连接到IC-gnd；

A2.IC-gnd再连接到滤波电容C1（高频电容-低容值）的接地端。

A3.IC-控制中心的gnd要单点接地！C1电容靠近IC-gnd引脚，引脚地与C1电容-gnd最短连接。

关键环路

B.主电源回路路径的最小化设计原则

C.拓扑电流回路路径最小化设计原则

D.脉冲驱动回路路径最小化设计原则

注意条件受限时：电源的主回路与拓扑回路的电容可能不共地，可以采用电气并联的方式就近增加一个高频电容达成共地。

3.对具体BOOST的LED驱动架构的PCB布局布线进行具体分析……

电磁兼容设计中的电感器件

前面对实际的电感特性进行了分析，再来看看电感的主要参数：

电感的主要参数有电感量、品质因数、电流及稳定性等。

1）线圈电感量的大小主要取决于线圈的圈数、绕制方式及磁芯材料等。线圈圈数越多，绕制的线圈越密集，电感量越大；线圈内有磁芯的比无磁芯的电感量大；磁芯导磁率越大，电感量越大。

2）品质因数是衡量电感线圈质量的重要参数，用字母Q表示。Q值的大小表明了线圈损耗的大小。Q值越大，线圈的损耗就越小；反之就越大。品质因数Q在数值上等于线圈在某一频率的交流电压下工作时，线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻的比值，即Q=2πfL/R=ωL/R

式中，Q为电感线圈的品质因数（无量纲）；L为电感线圈的电感量，单位（H）;R为电感线圈的直流电阻，单位（Ω）；f为电感线圈的工作电压的频率，单位（Hz）。

3）分布电容，任何电感线圈，其匝与匝之间、层与层之间、线圈与参考地之间、线圈与磁屏蔽之间等都存在一定的电容，这些电容称为电感线圈的分布电容。若将这些分布电容综合在一起，就成为一个与电感线圈并联的等效电容C。

当电感线圈的工作电压频率高于线圈的固有频率时，其分布电容的影响就超过了电感的作用，使电感变成了一个小电容。因此，电感线圈必须工作在小于其固有频率下。电感线圈的分布电容是有害的，在设计中必须尽可能地减小分布电容。减小分布电容的有效措施为：减小骨架的直径；在满足电流密度的前提下，尽可能地选用细一些的漆包铜线；充分利用可用绕线空间对线圈进行间绕法绕制；采用分区槽绕的骨架结构等等。

4）标称电流是指电感线圈在正常工作时允许通过的最大电流，也是额定电流，如果工作电流大于额定电流，线圈就会因发热而改变其原有参数，甚至被烧毁。这在应用时，一定要注意使用的电流余量设计。

5）参数稳定性是指线圈参数随环境条件变化而变化的程度。线圈在使用过程中，如果环境条件比如温度、湿度等发生了变化，则线圈的电感量及品质因数等参数也随着改变。比如，温度变化时，由于线圈导线受热后膨胀，使线圈产生几何变形，从而引起电感量的变化。为了提高线圈的稳定性，可在线圈制作上采取适当措施，比如采用热绕法，将绕制线圈的导线通上电流，使导线变热，然后绕制成线圈。这样，导线冷却后收缩，紧紧贴在骨架上，线圈不容易变形，从而提高了稳定性。湿度变化会引起线圈参数的变化，如湿度增加时，线圈的分布电容和漏电感都会增加。为此要采取防潮措施，减轻湿度对线圈参数的影响，可确保线圈工作的稳定性。

1. 克服电感寄生电容的推荐方法

要提高电感的工作频率范围，最关键的是减小寄生电容。电感的寄生电容与匝数、磁芯材料（介电常数）、线圈的绕法等因素有关。用下面的方法可以减小寄生电容。

1）尽量单层绕制：空间允许时，尽量使线圈为单层绕制，并使输入输出远离。

2）多层绕制的方法：线圈的匝数较多，必须多层绕制时，要向一个方向绕，边绕边重叠，不要绕完一层后，再往回绕。

3）分段绕制：在一个磁芯上将线圈分段绕制，这样每段的电容较小，并且总的寄生电容是两段上的寄生电容的串联，总容量比每段的寄生容量小。

4）多个电感串联起来：对于要求较高的滤波器，可以将一个大电感分解成一个较大的电感和若干电感量不同的小电感，并将这些电感串联起来，可以使电感的带宽扩宽。但这样付出的代价是体积增大和成本升高。另外要注意与电容并联同样的问题，即引入了额外的串联谐振点，谐振点上电感的阻抗很小……

EMI输入滤波器的设计

对于开关电源系统EMI传导的高效设计是优化EMI滤波器的设计。

开关电源电磁兼容进级优化设计；对于有开关电源的产品及控制系统；其输入EMI低通滤波器放置在输入端对系统的EMI-传导的问题 甚至EMS的设计也是非常关键的！

瞬态干扰（EMS）对开关电源系统的电子产品或者是设备会产生威胁，出现产品功能及性能的问题！

这种瞬态的EMS的干扰是在对系统进行差模干扰&共模干扰的注入测试：

共模干扰（共模电流）：以相同的相位，往返于L,N线之间（或者信号线）与地线之间的电流；

差模干扰（差模电流）：往返于L和N线（或者信号线与回流线）之间并且幅度相位相反的电流；

共模电流和差模电流可同时存在于一对导线中；进行如下的理论分析：

差模干扰（EMS）其尖峰噪声电压对电子产品&设备会直接产生威胁，出现产品功能及性能的问题！

共模干扰（EMS）其尖峰噪声电压对电子产品&设备不会直接产生威胁；共模干扰不直接影响设备，而是通过转化为差模电压来影响设备的！由于系统要采用交流AC供电同时要求有小的体积和效率，开关电源的应用必不可少！

注意：电子产品&设备就开关电源系统来说！如果撇开开关电源的输入滤波器

开关电源线路本身对脉冲群干扰的抑制作用实在是很低的，究其原因，主要在于脉冲群干扰的本质是高频共模干扰。开关电源线路中的滤波电容都是针对抑制低频差模干扰而设置的，其中的电解电容对于开关电源本身的纹波抑制作用尚且不足，更不要说针对谐波成分达到60MHz以上的脉冲群干扰有抑制作用了，在用示波器观察开关电源输入端和输出端的脉冲群波形时，看不出有明显的干扰衰减作用。

这样看来，就抑制开关电源所受到的脉冲群干扰来说，物联网及智能产品&设备的开关电源系统的输入滤波器是一个重要措施……

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