解决EMC问题——深度理论分析之基本概念

sisi9000

前言：电磁兼容是一门新兴的学科，我们称之为新学科，只是相对于整个电子行业的发展历史来说，其本质上也是一门非常古老的学科。在上个实际科学家和工程师们就已经着手研究电磁兼容的相关问题。对硬件工程师来说，电磁兼容问题也是老生常谈，今天写此文的目的就是整理电磁兼容相关的基础理论和概念，希望能达到抛砖引玉的目的，让大家能够在决EMC问题时更加深入的思考问题背后的理论基石，从而将经验更加有效的沉淀起来。

一、 理清电磁兼容的基本概念

1、什么是电磁兼容技术？

电磁兼容也称为EMC，在外界环境和电子设备中，会存在着各种电磁现象，这些电磁现象之间会相互影响：比如A设备与同处于同一个电磁环境的其它设备B发射出来的电磁现象干扰，从而使得A设备的性能受到影响，或者说A设备发射出的电磁现象干扰到了B。这种避免电磁现象互相干扰的技术我们就称之为电磁兼容技术。

2、注意区分电磁骚扰和电磁干扰

电磁骚扰是指任何可能引起设备性能降低或者对有生命物质产生损害的电磁现象。而电磁干扰是指由电磁骚扰引起的设备或者设备性能的下降。上面的两种描述有点拗口，但是总的来说，电磁骚扰是一种能量，而电磁干扰是骚扰产生的后果。

电磁骚扰产生干扰源，大量骚扰源的存在产生了电磁环境污染，导致电磁兼容性问题的存在，主要表现在以下的几个方面：

① 同时工作的电子设备总数在增长；

② 发射机的功率在增加，比如某些雷达发射机的功率已经达到了几百兆W；

③ 电子设备中频段复用的越来越多；

④ 电子设备中产生的电磁骚扰电平不断提高，比如某些电子设备的运行时产生的干扰电平可以达到每米几百V；

3、电磁兼容设计时需要掌握的几个关键词。

①EMI——电磁干扰

电磁骚扰导致电子设备相互影响，并引起不良后果的一种现象；

②辐射发射——RE

通过空间传播的，有用的或者不希望有的电磁能量；

③传导发射——CE

沿着电源或者信号线传输的电磁发射。

④ 电磁敏感性——EMS

设备暴露在电磁环境下所呈现的不希望有的响应程度，即设备对周围电磁环境敏感程度的度量，电磁敏感意味着电磁环境已经造成了设备性能的降低。

⑤ 辐射敏感性——RS

对造成设备性能降级的辐射骚扰场的度量。

⑥ 传导敏感性——CS

当引起设备性能降级时，对从传导方式引入的骚扰信号的电压或者电流的度量。

4、电磁干扰的分析和研究

我们仔细的分析电磁干扰的场景，发现其整个过程是由电磁骚扰源发出电磁能量，经过某种耦合通道传输到敏感设备，导致敏感设备出现某种形式的响应并产生效果，在这个过程中总结出了电磁干扰的三要素：
watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYWxpbnh1,size_16, (77.3 MB, 下载次数: 0)

2021-4-25 11:36 上传

点击文件名下载附件

总结出了电磁干扰的三要素，就相当于找到了我们研究EMC问题的重点，我们所有的研究重点都在这三要素中。

① 骚扰源

对骚扰源的研究包括其发生的机理、时域和频域的定量描述，以便从源端来抑制干扰的发射，通常从源端来抑制干扰地发射。通常采用滤波技术来限制骚扰源的频谱宽度和幅值。

② 耦合通道

骚扰的耦合通道通常由两种：通过空间辐射和通过导线传导。空间辐射我们主要采用的时空间屏蔽技术来阻断骚扰的辐射。而传导通常讨论的是骚扰沿着导线传输的影响。一般传导会通过公共地线、公共电源线或者互联线而实现。

除了电磁干扰的三要素之外，EMC技术通常还会研究EMC控制技术、测量技术、分析预测等。

五、基本的电磁兼容技术

电磁兼容技术已经发展的十分成熟，典型的比如平衡技术、低电平技术等，但是在研发过程中我们最常用的EMC技术主要有三种：屏蔽、滤波和接地，这三种也是我们解决绝大部分电磁兼容技术的解决措施。

① 屏蔽

主要通过切断通过空间的静电耦合、感应耦合形成的电磁噪声传播路径。

② 滤波

在频域上处理电磁噪声的一种技术，其特点是将不需要的一部分频谱滤掉。

③ 接地

提供有用信号或者无用信号，电磁噪声的公共通路，接地的好坏会直接影响到设备的内部和外部的电磁兼容性。