一、什么是EMC測試?

EMC(電磁兼容性)是指電子設(shè)備在正常工作時(shí)，能夠在不產(chǎn)生過量電磁干擾的情況下，抵抗外部電磁環(huán)境的干擾。簡單來說，EMC測試包括兩個(gè)方面：

電磁干擾(EMI)：設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生的電磁輻射或通過電源線等途徑傳播的電磁干擾。

電磁抗擾度(EMS)：設(shè)備對(duì)外部電磁干擾的抵抗能力，在干擾環(huán)境中仍能正常工作。

通過EMC測試，可以確保產(chǎn)品在電磁環(huán)境中的安全性和可靠性，避免因電磁干擾導(dǎo)致的設(shè)備故障或功能失常。

舉例說明：電子設(shè)備等都需要進(jìn)行EMC測試，以保證能在不同的電磁環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，并不對(duì)其他設(shè)備造成干擾。

二、EMC測試的類型和項(xiàng)目

2.1 輻射發(fā)射測試(Radiated Emission Testing，RE)

測試目的：輻射發(fā)射測試主要是評(píng)估設(shè)備在正常工作狀態(tài)下是否會(huì)發(fā)出超過標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射。電磁輻射通過天線或電源線等方式傳播到周圍的環(huán)境或其他設(shè)備，可能引起干擾，影響設(shè)備的正常運(yùn)行或造成故障。

測試頻率范圍：30 MHz - 1 GHz(部分產(chǎn)品可能延伸至6 GHz)

測試環(huán)境：通常在10米或3米法電波暗室中進(jìn)行。(電波暗室是一種專門設(shè)計(jì)的屏蔽環(huán)境，用來模擬無干擾的測試空間，避免外部信號(hào)干擾)

測試流程：

設(shè)備會(huì)放置于電波暗室中，進(jìn)行輻射測量。

使用天線捕捉設(shè)備釋放的電磁波。

通過頻譜分析儀或其他測量工具，分析電磁波的強(qiáng)度，確保設(shè)備在工作時(shí)發(fā)出的電磁輻射不超過規(guī)定的限值。

關(guān)鍵指標(biāo)：

電場強(qiáng)度(dBμV/m)：測量電磁輻射的強(qiáng)度，通常以dBμV/m為單位表示。

不同頻段的限值要求：在不同的頻率范圍內(nèi)，設(shè)備的輻射應(yīng)遵循特定的限值要求。例如，CISPR 22規(guī)定了不同頻段的輻射發(fā)射限值。

2.2 傳導(dǎo)發(fā)射測試(Conducted Emission Testing，CE)

測試目的：傳導(dǎo)發(fā)射測試主要是評(píng)估設(shè)備通過電源線、信號(hào)線等電氣連接向外傳導(dǎo)的電磁干擾。設(shè)備在正常工作時(shí)會(huì)通過電源或信號(hào)線向外傳導(dǎo)干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)可能影響其他設(shè)備或系統(tǒng)。

測試頻率范圍：150 kHz - 30 MHz

測量方法：

線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)：LISN是一種專用測試設(shè)備，能夠穩(wěn)定電源線路的阻抗，同時(shí)提供測試信號(hào)的傳輸通道。在測試時(shí)，LISN用來隔離電源網(wǎng)絡(luò)，測量設(shè)備在電源端口和信號(hào)端口傳導(dǎo)的電磁干擾。

測試流程：

測量時(shí)，設(shè)備在正常工作狀態(tài)下連接到電源或信號(hào)線路，LISN通過其接入電源線路來測量干擾信號(hào)的大小。

信號(hào)通過頻譜分析儀分析，以確保發(fā)出的電磁干擾信號(hào)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵指標(biāo)：

傳導(dǎo)干擾電壓(dBμV)：以dBμV表示，測量設(shè)備通過電源線或信號(hào)線傳導(dǎo)的電磁干擾強(qiáng)度。

傳導(dǎo)干擾電流(dBμA)：根據(jù)不同產(chǎn)品類別和應(yīng)用場景，電磁干擾的限值會(huì)有所不同。例如，CISPR 16標(biāo)準(zhǔn)就對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射的限值做出了詳細(xì)規(guī)定。

2.3 抗擾度測試系列

抗擾度測試旨在評(píng)估設(shè)備在電磁干擾環(huán)境中的抗干擾能力，確保在受到外部干擾時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。常見的抗擾度測試項(xiàng)目包括靜電放電(ESD)、輻射抗擾度(RS)、電快速瞬變(EFT)等。

有人說過，世界上只有兩種電子工程師：經(jīng)歷過電磁干擾的和沒有經(jīng)歷過電磁干擾的。伴隨著PCB信號(hào)頻率的提升，電磁兼容設(shè)計(jì)是我們電子工程師不得不考慮的問題。面對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)，當(dāng)進(jìn)行一個(gè)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)的EMC分析時(shí)，有以下5個(gè)重要屬性需考慮：

01

關(guān)鍵器件尺寸：產(chǎn)生輻射的發(fā)射器件的物理尺寸。射頻(RF)電流將會(huì)產(chǎn)生電磁場，該電磁場會(huì)通過機(jī)殼泄漏而脫離機(jī)殼。PCB上的走線長度作為傳輸路徑對(duì)射頻電流具有直接的影響。

02

阻抗匹配：源和接收器的阻抗，以及兩者之間的傳輸阻抗。

03

干擾信號(hào)的時(shí)間特性：這個(gè)問題是連續(xù)(周期信號(hào))事件，還是僅僅存在于特定操作周期(例如單次事件可能是某次按鍵操作或者上電干擾，周期性的磁盤驅(qū)動(dòng)操作或網(wǎng)絡(luò)突發(fā)傳輸)。

04

干擾信號(hào)的強(qiáng)度：源能量級(jí)別有多強(qiáng)，并且它產(chǎn)生有害干擾的潛力有多大。

05

干擾信號(hào)的頻率特性：使用頻譜儀進(jìn)行波形觀察，觀察問題出現(xiàn)在頻譜的哪個(gè)位置，便于找到問題的所在。

另外，一些低頻電路的設(shè)計(jì)習(xí)慣需要注意。例如我慣用的單點(diǎn)接地對(duì)于低頻應(yīng)用是非常適合的，但是和公司大牛聊天，發(fā)現(xiàn)不適合于射頻信號(hào)場合，因?yàn)樯漕l信號(hào)場合存在更多的EMI問題。相信有些工程師會(huì)將單點(diǎn)接地應(yīng)用到所有產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，而沒有認(rèn)識(shí)到使用這種接地方法可能會(huì)產(chǎn)生更多或更復(fù)雜的電磁兼容問題。

我們還應(yīng)該注意電路組件內(nèi)的電流流向。由電路知識(shí)我們知道，電流從電壓高的地方流向低的地方，并且電流總是通過一條或更多條路徑在一個(gè)閉環(huán)電路中流動(dòng)，因此有個(gè)很重要的規(guī)律：設(shè)計(jì)一個(gè)最小回路。針對(duì)那些測量到干擾電流的方向，通過修改PCB走線，使其不影響負(fù)載或敏感電路。那些要求從電源到負(fù)載的高阻抗路徑的應(yīng)用，必須考慮返回電流可以流過的所有可能的路徑。

我們還需要注意PCB走線。導(dǎo)線或走線的阻抗包含電阻R和感抗，在高頻時(shí)有阻抗，沒有容抗。當(dāng)走線頻率高于100kHz以上時(shí)，導(dǎo)線或走線變成了電感。在音頻以上工作的導(dǎo)線或走線可能成為射頻天線。在EMC的規(guī)范中，不容許導(dǎo)線或走線在某一特定頻率的λ/20以下工作(天線的設(shè)計(jì)長度等于某一特定頻率的λ/4或λ/2)。如果不小心設(shè)計(jì)成那樣，那么走線就變成了一根高效能的天線，這讓后期的調(diào)試變得更加棘手。

最后說說PCB的布局問題：

第一：要考慮PCB的尺寸大小。PCB的尺寸過大時(shí)，隨著走線的增長使系統(tǒng)抗干擾能力下降，成本增加，而尺寸過小容易引起散熱和互擾的問題。

第二：再確定特殊元件(如時(shí)鐘元件)的位置(時(shí)鐘走線最好周圍不鋪地和不走在關(guān)鍵信號(hào)線的上下，避免干擾)。

第三：依據(jù)電路功能，對(duì)PCB整體進(jìn)行布局。在元器件布局上，相關(guān)的元器件盡量靠近，這樣可以獲得較好的抗干擾效果。

1、為什么要對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)?

答：滿足產(chǎn)品功能要求、減少調(diào)試時(shí)間，使產(chǎn)品滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，使產(chǎn)品不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

2、對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)可以從哪幾個(gè)方面進(jìn)行?

答：電路設(shè)計(jì)(包括器件選擇)、軟件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)。

3、在電磁兼容領(lǐng)域，為什么總是用分貝(dB)的單位描述?

答：因?yàn)橐枋龅姆群皖l率范圍都很寬，在圖形上用對(duì)數(shù)坐標(biāo)更容易表示，而dB 就是用對(duì)數(shù)表示時(shí)的單位。

4、關(guān)于EMC，我了解的不多，但是現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试絹碓娇?，我在制作PCB板的時(shí)候，也遇到了一些PCB的EMC問題，但是覺得太淺。我想好好在這方面學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，并不是隨大流，大家學(xué)什么我就學(xué)什么，是自己真的覺得EMC在今后的電路設(shè)計(jì)中的重要性越來越大，就像我在前面說的，自己了解不深，不知道怎么入手，想問問，要在EMC方面做的比較出色，需要有哪些基礎(chǔ)知識(shí)，應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些基礎(chǔ)課程。如何學(xué)習(xí)才是一條比較好的道路，我知道任何一門學(xué)問學(xué)好都不容易，也不曾想過短期內(nèi)把他搞通，只是希望給點(diǎn)建議，盡量少走一些彎路。

答：關(guān)于EMC需要首先了解一下EMC方面的標(biāo)準(zhǔn)，如EN55022(GB9254)，EN55024，以及簡單測試原理，另外需要了解EMI元器件的使用，如電容，磁珠，差模電感，共模電感等，在PCB層面需要了解PCB的布局、層疊結(jié)構(gòu)、高速布線對(duì)EMC的影響以及一些規(guī)則。

還有一點(diǎn)就是對(duì)出現(xiàn)EMC問題需要掌握一些分析與解決思路。這些今后是作為一個(gè)硬件人員必須掌握的基本知識(shí)!

5、一個(gè)剛涉足PCB設(shè)計(jì)的新手，想請(qǐng)教一下，要想做好PCB設(shè)計(jì)應(yīng)該多多掌握哪方面的知識(shí)?另外，在PCB設(shè)計(jì)中遇到的關(guān)于安規(guī)方面的知識(shí)一般在哪里能找到?盼望您 的指點(diǎn)，不勝感激!

答：對(duì)于PCB設(shè)計(jì)應(yīng)該掌握：

① 熟悉與掌握相關(guān)PCB設(shè)計(jì)軟件，如POWERPCB/CANDENCE等;

② 了解熟悉所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的具體架構(gòu)，同時(shí)熟悉原理圖電路知識(shí)，包含數(shù)字與模擬知識(shí);

③ 掌握PCB加工流程、工藝、可維護(hù)加工要求;

④ 掌握PCB板高速信號(hào)完整性、電磁兼容(emi與ems)、SI、PI仿真設(shè)計(jì)等相關(guān)的知識(shí);

⑤ 如果相關(guān)工作涉及射頻，還需掌握射頻知識(shí);

⑥ 對(duì)于PCB設(shè)計(jì)地的安規(guī)知識(shí)主要看GB4943或UL60950，一般的絕緣間距要求通過查表可以得到!

6、電磁兼容設(shè)計(jì)基本原則

答：電子線路設(shè)計(jì)準(zhǔn)則電子線路設(shè)計(jì)者往往只考慮產(chǎn)品的功能，而沒有將功能和電磁兼容性綜合考慮，因此產(chǎn)品在完成其功能的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的功能性騷擾及其它騷擾。

而且，不能滿足敏感度要求。電子線路的電磁兼容性設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮：

元件選擇在大多數(shù)情況下，電路的基本元件滿足電磁特性的程度將決定著功能單元和最后的設(shè)備滿足電磁兼容性的程度。選擇合適的電磁元件的主要準(zhǔn)則包括帶外特性和電路裝配技術(shù)。

因?yàn)槭欠衲軐?shí)現(xiàn)電磁兼容性往往是由遠(yuǎn)離基頻的元件響應(yīng)特性來決定的。而在許多情況下，電路裝配又決定著帶外響應(yīng)(例如引線長度)和不同電路元件之間互相耦合的程度。具體規(guī)則是：

① 在高頻時(shí)，和引線型電容器相比，應(yīng)優(yōu)先選用引線電感小的穿心電容器或支座電容器來濾波。

② 在必須使用引線式電容時(shí)，應(yīng)考慮引線電感對(duì)濾波效率的影響。

③ 鋁電解電容器可能發(fā)生幾微秒的暫時(shí)性介質(zhì)擊穿，因而在紋波很大或有瞬變電壓的電路里，應(yīng)該使用固體電容器。

④ 使用寄生電感和電容量小的電阻器。片狀電阻器可用于超高頻段。

⑤ 大電感寄生電容大，為了提高低頻部分的插損，不要使用單節(jié)濾波器，而應(yīng)該使用若干小電感組成的多節(jié)濾波器。

⑥ 使用磁芯電感要注意飽和特性，特別要注意高電平脈沖會(huì)降低磁芯電感的電感量和在濾波器電路中的插入損耗。

⑦ 盡量使用屏蔽的繼電器并使屏蔽殼體接地。

⑧ 選用有效地屏蔽、隔離的輸入變壓器。

⑨ 用于敏感電路的電源變壓器應(yīng)該有靜電屏蔽，屏蔽殼體和變壓器殼體都應(yīng)接地。