EMC 三个规律、EMC 问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC 设计法

EMC 是业界的一个难点；文章介绍了EMC 三个规律、EMC 问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC 设计法；给企业提供了对待EMC的建议；作者认为EMC 改进要如诊治疾病一样对症施治；作者倡导坚持EMC 规律，趁早考虑和解决EMC 问题-进行EMC设计。 

EMC 是产品认证的重要内容 
随着我国加入WTO，无论是走向国际大市场的中国产品，还是涌向中国市场的外国产品,几乎都要进行各种各样的产品认证。产品认证，从国际贸易角度看，实质上是技术性贸易壁垒。我们只有不断提高产品质量, 突破技术壁垒,才能开拓海外市场，促进外贸发展。 国内新的3C 认证替代了原来的CCIB 和CCEE 认证， “CCC”是我国强制性产品认证标志—— China Compulsory Certification的英文缩写，只有取得3C 认证的产品才能进入国内市场。 3C 认证对机电、电器产品的安全性能、EMC 等方面作了详细规定。
 
EMC 是多数企业的技术难点 
大力发展电子、信息产业为主体的高新技术产业，是我们的既定方针。当今是一个连科技也在追赶潮流的时代，机电产品日新月异，“轻薄短小和多功能化”成为时尚，数码产品、机电一体化产品、信息家电、多媒体设备等技术含量较高的产品层出不穷,更新换代速度日益加快，芯片集成度和产品工作速度不断提高，伴随的电磁骚扰问题日益复杂。 目前,我国整体EMC 研究起步较晚，许多企业对EMC 认知度不够，缺乏EMC 方面的经验和测试设备,在产品设计、生产工艺和元器件的选择上都有不同程度的困惑，产品生产出来后往往EMC 不能符合标准要求。EMC 问题是当前多数企业的技术难点！从事机电产品制造的广大企业皆有同感，解决EMC问题，比之解决产品的安全问题要困难得多。这就更加加剧了有些企业面对品牌竞争和价格竞争，偏向于降低成本、牺牲EMC 要求的现象。 机电产品3C 认证的指标涉及产品的安全、EMC 两个方面。从认证检测来看，产品达不到“3C”认证要求的主要原因是EMC 方面过不了关。事实上，无论日常检验还是各种产品认证中，EMC测试通不过的情况比较普遍。 随着3C 认证顺利开展，部分企业在EMC 问题上愁眉不展，帮助企业是我们光荣职责。此稿没有复杂的理论分析和推导，只是扼要地介绍EMC 三个规律、EMC 问题三要素、电磁骚扰的特性、以及五层次EMC 设计法；一方面力求实用，另一方面意图抛砖引玉。 认识和利用EMC 领域三个重要规律 EMC 不是光靠理论就能完全解决的，EMC 是一项实践工程。从事EMC 行业，如能深刻领会以下三个EMC 领域重要规律，实践中坚持运用，必然收到事半功倍的效果。
 
1） 规律一、EMC 费效比关系规律： EMC 问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。 在新产品研发阶段就进行EMC 设计，比等到产品EMC 测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高；反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。 经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC 设计，到样板、样机完成则通过EMC 测试，是最省时间和最有经济效益的。相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。
 
2） 规律二、高频电流环路面积 S越大, EMI辐射越严重。 高频信号电流流经电感最小路径。当频率较高时， 一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。电磁辐射大多是EUT被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。 减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。
 
3） 规律三、环路电流频率 f 越高，引起的EMI 辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率 f 的平方成正比增大。 减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。 本文以下内容，就是利用以上三个规律，倡导趁早考虑EMC 问题，介绍EMC 设计和EMC问题改进。 改进EMC 问题，如同诊治疾病 如果产品没有通过EMC 测试，我们从测量结果中，只能知道哪些频率点“超标”了，而这些频率的电磁骚扰是从哪里出来的，往往是工程师门最不容易发现、最难解决的问题。产品EMC 问题，说难亦难，说易亦易。就如给病人治病一样，关键是看你这个病是可治愈的还是不治之症，对可治之症能否辨证施治。中医看病，讲究望闻切诊问；现代医学多讲究量血压、BT、CT、化验等，目的都是为了查清病灶、病因，做到因病施治。 同样，改进EMC 问题，看成为诊治疾病，就是科学性与趣味性的结合。首先，根据EMI 产生的途径和机理，也就是EMC 问题产生的要素，针对EUT（被测试样品,下同）的电路原理，先作一些判断，比如IT 类设备和AV 音视频类设备引起EMC 问题的原因或者内部骚扰源是什么，先进行推断，再结合测试项目测试图透过现象看本质，分析超差原因--把骚扰源搞清楚，把骚扰途径摸透彻，以便有的放矢。 分析超差原因，可使用高频示波器或频谱分析仪加上近场探头验证分析结果，从频域到时域，再从频域到时域，分析、寻找产生EMC 问题的对应电路和器件。 

EMC 问题三要素 
开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生EMC 问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC 问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。辐射干扰主要通过壳体和连接线以电磁波形式污染空间电磁环境；传导干扰是通过电源线骚扰公共电网或通过其他端子（如：射频端子，输入端子）影响相连接的设备。 传导、辐射 
骚扰源-----------------------------（途径）------------------------------ 敏感受体 

近场耦合 
IT、AV 设备可能的骚扰源 
A） FM 接收机、TV 接收机本机振荡，基波及谐波由高频头、本机振荡电路产生； 
B） 开关电源的开关脉冲及高次谐波，同步信号方波及高频谐波，行扫描显像电路产生的行、场信号及高频谐波； 
C） 数字电路工作需要的各种时钟信号及高频谐波、以及它们的组合，各种时钟如CPU 芯片工作时钟、MPEG解码器工作时钟、视频同步时钟（27MHz，16.9344MHz ，40.5MHz）等； 
D） 数字信号方波及高频谐波，晶振产生的高次谐波，非线性电路现象（非线性失真、互调、饱和失真、截止失真）等引起的无用信号、杂散信号； 
E） 非正弦波波形，波形毛剌、过冲、振铃，电路设计存在的寄生频率点。 
F） 对于敏感受体通过耦合途径接受的外部骚扰包括浪涌、快速脉冲群、静电、电压跌落、电压变化和各种电磁场。 
电磁骚扰的特性 
① 单位脉冲的频谱最宽； 
② 频谱中低频含量取决于脉冲的面积，高频分量取决于脉冲前后沿的陡度； 
③ 晶体振荡电平必须满足一定幅度, 数字电路才能按一定的时序工作，使晶振产生的骚扰呈现覆盖带 宽、骚扰电平高的特点； 
④ 收发天线极化、方向特性相同时，EMI 辐射和接受最严重；收发天线面积越大, EMI 危害逾大； 
⑤ 骚扰途径：辐射，传导，耦合和辐射、传导、耦合的组合。 
⑥ 电源线传导骚扰主要由共模电流产生； 
⑦ 辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。