电磁兼容基础知识及基本名词解释

电磁兼容（EMC）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、**以至人民生活各个方面。
    在当今信息社会，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，联接各种设备的电缆网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题日显重要。
电磁兼容EMC（ElectroMagnetic Compatibility）
电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
    因此，EMC包括两个方面的要求：
    一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；
    另一方面是指设备/器件对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。   
    国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。
各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响，在一定的 条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。20世纪80年代兴起的电磁兼容EMC学科以研究和解决这一问题为宗旨，主要是研究和解决干扰的产生、 传播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术，并在此基础上根据技术经济*合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定，使处于同一电磁环境的设备都是兼容的，同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。
电磁干扰(ElectroMagnetic Interference)，简称EMI，有传导干扰和辐射干扰两种。
    传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；
    辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。
    为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工 作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。电磁兼容性EMC标准不是恒定不变的，而是天天都在改变，这也是各国政府或经济组织，保护自己利益经常采取的手段。
所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。
EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。
进行电磁兼容兼容（包括电磁干扰和电磁耐受性）的检测与试验的机构有航天环境可靠性试验中心、环境可靠性与电磁兼容试验服务中心等实验室。
电磁——发射“从源向外发出电磁能的现象。”在此，“发射”与通信工程学中常用的“发射”含义并不完全相同。电源兼容中的发射既包含传导发射，也包括辐射发射，而通信中的发射主要指辐射发射；电磁兼容中的发射常常是无意的，因而常常并不存在有意制做的发射部分，一些本来做其他用途的部件如电线、电缆等充当了发射的角色，而通信中则是由无线发射台产生并精心设计及制作发射部件如天线、探头等。" 通信中的发射也使用，但更多的是使用性能降低装置、设备或系统的工作性能与正常性能的非期望
偏离。”
    应注意，此种非期望偏离! 指向坏的方向偏离" 并不意味着一定会被使用者觉察，但也应视为性能降低。举例说明如下：例如，一个接收灵敏度指标为3!4 的手机，在可以使天线终端即接收机输入端" 获得35!4 的有用信号场中工作，显然，此时手机工作正常。若由于某种电磁干扰!例如大干扰信号阻塞使该手机的灵敏度坏至6!4，此时应视为该机工作性能已降低，但使用者并不会觉察到通信质量下降。因其工作地点的场强足够强，使送至接收机的信号!35!4仍大于已受干扰的、灵敏度已下降的接收机的要求!6!4"的缘故。
电磁骚扰“任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。”
电磁干扰“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。”由以上两个术语可见：电磁骚扰仅仅是电磁现象，即指客观存在的一种物理现象。它可能引起降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干
扰是由电磁骚扰引起的后果。过去在术语上并未将物理现象与其造成的后果划分明确，统称为干扰! 只是进入九十年代，5 年发布后，才明确引入了这一述语，为了与过去惯用的干扰一词明确分开中译文称之为“骚扰”。这一文件还扩大了电磁骚扰的范畴，过去称之为电磁干扰的常仅指电磁噪声。现在电磁骚扰还包括了无用信号，例如：对于受寻呼台干扰的电视频道而言，该寻呼台信号对寻呼系统是有用信号，但对**扰的电视频道则为无用信号。此外电磁骚扰还包括了传播媒介自身的变化，这属于无源骚扰。例如：对短波通信电离层的变化9 对微波通信空气中雨、雾的影响等。
电磁噪声“一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。”以上各条术语中，使用了“电磁”一词，其中还有一些术语带有“无线电频率”一词，例如：“无线电频率噪声”、无线电! 频率干扰”、“无线电频率" 骚扰”等等。两者的差别主要在频率范围。一般可以认为无线电频率从35HIJ 开始向上。而“电磁”现象则包括所有的频率，除包括无线电频率之外，还包括所有的低频包括直流电
磁现象。
电磁环境“存在于给定场所的所有电磁现象和总和。”“给定场所”即“空间”L “所有电磁现象”包括了全部“时间”与全部“频谱”。
无用信号“可能损害有用信号接收的信号。”
一． 电路板整体布局及器件布置
1．一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较上乘才能认为该产品是成功 的；在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉，过孔要尽量少；电路板的*佳形状为矩形。长宽比为3：2或4：3；4 层板比双面板噪声低20dB。6层板比4层板噪声低10dB。经济条件允许时尽量用多层板。
2．电路板一般分模拟电路区（怕干扰），数字电路区（怕干扰、又产生干扰），功率驱动区（干扰源），故步板时要合理地分成三区。
3．器件一般选择功耗低，稳定性好的器件，而且尽量少用高速器件。
4．线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽，*好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。
 5．外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能产生对外界的干扰，使电磁兼容检测不能达标。在对系统可靠性要求很高的应用系统中， 选用频率低的单片机是降低系统噪声的原则之一。以8051单片机为例，*短指令周期1?s时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola 单片机系统时钟只需4MHz，更适合用于工控系统。近年来，一些生产8051兼容单片机的厂商也采用了一些新技术，在不牺牲运算速度的前提下将对外时钟的 需求降至原来的1/3。而Motorola 单片机在新推出的68HC08系列以及其16/32位单片机中普遍采用了内部锁相环技术，将外部时钟频率降至32KHz，而内部总线速度却提高到8MHz 乃至更高。
6．布线要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等...，它们的走向应该是呈线形的(或 分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。*好的走向是按直线，但一般不易实现，*不利的走向是环形。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可 以低些。所以“合理”是相对的。上下层之间走线的方向基本垂直。整个板子的不想要均匀，能不挤的不要挤在一齐。
7．在器件布置方面与其它逻辑 电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些,特别是 晶振下方不要走信号线。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另做电路板，这一点十分重要。
二． 地线技术
 　1．模拟电路和数字电路在元件布局图的设计和布线方法上有许多相同和不同之处。模拟电路中，由于放大器的存在，由布线产生的极小噪声电压，都会引起输出 信号的严重失真，在数字电路中，TTL噪声容限为0.4V～0.6V,CMOS噪声容限为Vcc的0.3～0.45倍,故数字电路具有较强的抗干扰的能 力。良好的电源和地总线方式的合理选择是仪器可靠工作的重要保证，相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的，其中地线引起的噪声干扰*大。
2．数字地与模拟地分开（或一点接地），地线加宽，要根据电流决定线宽，一般来说越粗越好（100mil线经约通过1到2A的电流）。地线＞电源线＞信号线是线宽的合理选择。
3．电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要呈“井”字形分布，以便使分布线电流达到均衡。
4．为减少线间串扰，必要时可增加印刷线条间距离，在其安插一些零伏线作为线间隔离。特别是输入输出信号间，
三． 去耦、滤波、隔离三大技术
1．去耦、滤波、隔离是硬件抗干扰常用的三大措施。
  2．电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能，接100uF以上的更好；原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容，如 遇印制板空隙不够，可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容；对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容；

3．滤波指各类信号按频率特性分类并控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通 滤波器用在接入的交流电源线上，旨在让50周的交流电顺利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤波器插入损耗过低 起不到抑制噪声的作用，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响系统的人身**性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。

4．典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不得进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少噪声源对单片机系统的干扰。对特别怕干扰的模 拟电路，如高灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽本身必须接真正的地.