電磁兼容基礎(chǔ)知識(shí)及基本名詞解釋?zhuān)?/h1>

更新時(shí)間：2025-05-19      點(diǎn)擊次數(shù)：346

電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容技術(shù)是一門(mén)迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個(gè)方面。

    在當(dāng)今信息社會(huì)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越復(fù)雜，因此，電磁兼容問(wèn)題日顯重要。

電磁兼容EMC（ElectroMagnetic Compatibility）

電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。

 因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：

 一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；

 另一方面是指設(shè)備/器件對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

 國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC對(duì)電磁兼容的定義是：系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不對(duì)其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。

　　各種運(yùn)行的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的 條件下會(huì)對(duì)運(yùn)行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。20世紀(jì)80年代興起的電磁兼容EMC學(xué)科以研究和解決這一問(wèn)題為宗旨，主要是研究和解決干擾的產(chǎn)生、 傳播、接收、抑制機(jī)理及其相應(yīng)的測(cè)量和計(jì)量技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的原則，對(duì)產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規(guī)定，使處于同一電磁環(huán)境的設(shè)備都是兼容的，同時(shí)又不向該環(huán)境中的任何實(shí)體引入不能允許的電磁擾動(dòng)。

電磁干擾(ElectroMagnetic Interference)，簡(jiǎn)稱(chēng)EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。

傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線(xiàn)互相產(chǎn)生干擾；

輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。

 為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工 作，各國(guó)政府或一些國(guó)際組織都相繼提出或制定了一些對(duì)電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱(chēng)為具有電磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國(guó)政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

　　所謂電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級(jí)的電磁現(xiàn)象。而所謂電磁干擾是指因電磁干擾而引起的設(shè)備或系統(tǒng)的性能下降。

EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部份，所謂EMI電磁干擾，乃為機(jī)器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲；而EMS乃指機(jī)器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過(guò)程中不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。

　　進(jìn)行電磁兼容兼容（包括電磁干擾和電磁耐受性）的檢測(cè)與試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)有航天環(huán)境可靠性試驗(yàn)中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗(yàn)服務(wù)中心等實(shí)驗(yàn)室。

電磁——發(fā)射“從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象。"在此，“發(fā)射"與通信工程學(xué)中常用的“發(fā)射"含義并不相同。電源兼容中的發(fā)射既包含傳導(dǎo)發(fā)射，也包括輻射發(fā)射，而通信中的發(fā)射主要指輻射發(fā)射；電磁兼容中的發(fā)射常常是無(wú)意的，因而常常并不存在有意制做的發(fā)射部分，一些本來(lái)做其他用途的部件如電線(xiàn)、電纜等充當(dāng)了發(fā)射的角色，而通信中則是由無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺(tái)產(chǎn)生并精心設(shè)計(jì)及制作發(fā)射部件如天線(xiàn)、探頭等。" 通信中的發(fā)射也使用，但更多的是使用性能降低裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望

偏離。"

 應(yīng)注意，此種非期望偏離! 指向壞的方向偏離" 并不意味著一定會(huì)被使用者覺(jué)察，但也應(yīng)視為性能降低。舉例說(shuō)明如下：例如，一個(gè)接收靈敏度指標(biāo)為3!4 的手機(jī)，在可以使天線(xiàn)終端即接收機(jī)輸入端" 獲得35!4 的有用信號(hào)場(chǎng)中工作，顯然，此時(shí)手機(jī)工作正常。若由于某種電磁干擾!例如大干擾信號(hào)阻塞使該手機(jī)的靈敏度壞至6!4，此時(shí)應(yīng)視為該機(jī)工作性能已降低，但使用者并不會(huì)覺(jué)察到通信質(zhì)量下降。因其工作地點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)足夠強(qiáng)，使送至接收機(jī)的信號(hào)!35!4仍大于已受干擾的、靈敏度已下降的接收機(jī)的要求!6!4"的緣故。

電磁騷擾“任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。注：電磁騷擾可能是電磁噪聲、無(wú)用信號(hào)或傳播媒介自身的變化。"

電磁干擾“電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。"由以上兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可見(jiàn)：電磁騷擾僅僅是電磁現(xiàn)象，即指客觀存在的一種物理現(xiàn)象。它可能引起降級(jí)或損害，但不一定已經(jīng)形成后果。而電磁干

擾是由電磁騷擾引起的后果。過(guò)去在術(shù)語(yǔ)上并未將物理現(xiàn)象與其造成的后果劃分明確，統(tǒng)稱(chēng)為干擾! 只是進(jìn)入九十年代，5 年發(fā)布后，才明確引入了這一述語(yǔ)，為了與過(guò)去慣用的干擾一詞明確分開(kāi)中譯文稱(chēng)之為“騷擾"。這一文件還擴(kuò)大了電磁騷擾的范疇，過(guò)去稱(chēng)之為電磁干擾的常僅指電磁噪聲?，F(xiàn)在電磁騷擾還包括了無(wú)用信號(hào)，例如：對(duì)于受尋呼臺(tái)干擾的電視頻道而言，該尋呼臺(tái)信號(hào)對(duì)尋呼系統(tǒng)是有用信號(hào)，但對(duì)被干擾的電視頻道則為無(wú)用信號(hào)。此外電磁騷擾還包括了傳播媒介自身的變化，這屬于無(wú)源騷擾。例如：對(duì)短波通信電離層的變化9 對(duì)微波通信空氣中雨、霧的影響等。

電磁噪聲“一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號(hào)疊加或組合。"以上各條術(shù)語(yǔ)中，使用了“電磁"一詞，其中還有一些術(shù)語(yǔ)帶有“無(wú)線(xiàn)電頻率"一詞，例如：“無(wú)線(xiàn)電頻率噪聲"、無(wú)線(xiàn)電! 頻率干擾"、“無(wú)線(xiàn)電頻率" 騷擾"等等。兩者的差別主要在頻率范圍。一般可以認(rèn)為無(wú)線(xiàn)電頻率從35HIJ 開(kāi)始向上。而“電磁"現(xiàn)象則包括所有的頻率，除包括無(wú)線(xiàn)電頻率之外，還包括所有的低頻包括直流電

磁現(xiàn)象。

電磁環(huán)境“存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現(xiàn)象和總和。"“給定場(chǎng)所"即“空間"L “所有電磁現(xiàn)象"包括了全部“時(shí)間"與全部“頻譜"。

無(wú)用信號(hào)“可能損害有用信號(hào)接收的信號(hào)。"

一． 電路板整體布局及器件布置

　　1．一個(gè)產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較好才能認(rèn)為該產(chǎn)品是成功 的；在一個(gè)PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過(guò)孔要盡量少；電路板的最佳形狀為矩形。長(zhǎng)寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)盡量用多層板。

　　2．電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產(chǎn)生干擾），功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干擾源），故步板時(shí)要合理地分成三區(qū)。

　　3．器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。

　　4．線(xiàn)條有講究：有條件做寬的線(xiàn)決不做細(xì)；高壓及高頻線(xiàn)應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線(xiàn)應(yīng)盡量寬，最好使用大面積敷銅，這對(duì)接地點(diǎn)問(wèn)題有相當(dāng)大的改善。

　 5．外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾，使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。在對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中， 選用頻率低的單片機(jī)是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機(jī)為例，最短指令周期1?s時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來(lái)，一些生產(chǎn)8051兼容單片機(jī)的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運(yùn)算速度的前提下將對(duì)外時(shí)鐘的 需求降至原來(lái)的1/3。而Motorola 單片機(jī)在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機(jī)中普遍采用了內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，將外部時(shí)鐘頻率降至32KHz，而內(nèi)部總線(xiàn)速度卻提高到8MHz 乃至更高。

　　6．布線(xiàn)要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強(qiáng)/弱信號(hào)，高頻/低頻，高壓/低壓等...，它們的走向應(yīng)該是呈線(xiàn)形的(或 分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。最好走向是按直線(xiàn)，但一般不易實(shí)現(xiàn)，最不利的走向是環(huán)形。對(duì)于是直流，小信號(hào)，低電壓PCB設(shè)計(jì)的要求可 以低些。所以“合理"是相對(duì)的。上下層之間走線(xiàn)的方向基本垂直。整個(gè)板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。

　　7．在器件布置方面與其它邏輯 電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時(shí)鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時(shí)鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些,特別是 晶振下方不要走信號(hào)線(xiàn)。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。

二． 地線(xiàn)技術(shù)

　 　1．模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設(shè)計(jì)和布線(xiàn)方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線(xiàn)產(chǎn)生的極小噪聲電壓，都會(huì)引起輸出 信號(hào)的嚴(yán)重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍,故數(shù)字電路具有較強(qiáng)的抗干擾的能 力。良好的電源和地總線(xiàn)方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當(dāng)多的干擾源是通過(guò)電源和地總線(xiàn)產(chǎn)生的，其中地線(xiàn)引起的噪聲干擾最大。

　　2．?dāng)?shù)字地與模擬地分開(kāi)（或一點(diǎn)接地），地線(xiàn)加寬，要根據(jù)電流決定線(xiàn)寬，一般來(lái)說(shuō)越粗越好（100mil線(xiàn)經(jīng)約通過(guò)1到2A的電流）。地線(xiàn)＞電源線(xiàn)＞信號(hào)線(xiàn)是線(xiàn)寬的合理選擇。

　　3．電源線(xiàn)和地線(xiàn)盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井"字形分布，以便使分布線(xiàn)電流達(dá)到均衡。

　　4．為減少線(xiàn)間串?dāng)_，必要時(shí)可增加印刷線(xiàn)條間距離，在其安插一些零伏線(xiàn)作為線(xiàn)間隔離。特別是輸入輸出信號(hào)間。

三． 去耦、濾波、隔離三大技術(shù)

　　1．去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。

　  2．電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容，如 遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1~10pF的但電容；對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的電源線(xiàn)和地線(xiàn)之間直接接入退藕電容；

　　3．濾波指各類(lèi)信號(hào)按頻率特性分類(lèi)并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通 濾波器用在接入的交流電源線(xiàn)上，旨在讓50周的交流電順利通過(guò)，將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地。低通濾波器的配置指標(biāo)是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過(guò)低 起不到抑制噪聲的作用，而過(guò)高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致“漏電"，影響系統(tǒng)的人身安全性。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理要求選擇使用。

　　 4．典型的信號(hào)隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離開(kāi)，一方面使干擾信號(hào)不得進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另一方面單片機(jī)系統(tǒng)本身的噪聲也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去。屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的，對(duì)噪聲特別大的部件，如開(kāi)關(guān)電源，用金屬盒罩起來(lái)，可減少噪聲源對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。對(duì)特別怕干擾的模 擬電路，如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來(lái)。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。

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