電磁兼容基礎知識及基本名詞解釋

電磁兼容（EMC）是指設備或系統在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何其他事物構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、計算機、通信、航空航天、鐵路交通、電力、**以至人民生活各個(gè)方面。
    在當今信息社會(huì )，隨著(zhù)電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統中采用的電氣及電子設備數量大大增加，而且電子設備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設備的電纜網(wǎng)絡(luò )也越來(lái)越復雜，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）是指設備或系統在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設備產(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：
    一方面是指設備在正常運行過(guò)程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；
    另一方面是指設備/器件對所在環(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。   
    國際電工委員會(huì )標準IEC對電磁兼容的定義是：系統或設備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時(shí)不對其他系統和設備造成干擾。
各種運行的電力設備之間以電磁傳導、電磁感應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 )對運行的設備和人員造成干擾、影響和危害。20世紀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、抑制機理及其相應的測量和計量技術(shù)，并在此基礎上根據技術(shù)經(jīng)濟*合理的原則，對產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規定，使處于同一電磁環(huán)境的設備都是兼容的，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，有傳導干擾和輻射干擾兩種。
    傳導干擾主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)導電介質(zhì)或公共電源線(xiàn)互相產(chǎn)生干擾；
    輻射干擾是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)空間耦合把干擾信號傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )或電子設備。
    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備的正常工 作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規章或標準，符合這些規章或標準的產(chǎn)品就可稱(chēng)為具有電磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標準不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟組織，保護自己利益經(jīng)常采取的手段。
所謂電磁干擾是指任何能使設備或系統性能降級的電磁現象。而所謂電磁干擾是指因電磁干擾而引起的設備或系統的性能下降。
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，乃為機器本身在執行應有功能的過(guò)程中所產(chǎn)生不利于其它系統的電磁噪聲；而EMS乃指機器在執行應有功能的過(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）的檢測與試驗的機構有航天環(huán)境可靠性試驗中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗服務(wù)中心等實(shí)驗室。
電磁——發(fā)射“從源向外發(fā)出電磁能的現象?！痹诖?，“發(fā)射”與通信工程學(xué)中常用的“發(fā)射”含義并不完全相同。電源兼容中的發(fā)射既包含傳導發(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)、電纜等充當了發(fā)射的角色，而通信中則是由無(wú)線(xiàn)發(fā)射臺產(chǎn)生并精心設計及制作發(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、設備或系統的工作性能與正常性能的非期望
偏離?！?br>     應注意，此種非期望偏離! 指向壞的方向偏離" 并不意味著(zhù)一定會(huì )被使用者覺(jué)察，但也應視為性能降低。舉例說(shuō)明如下：例如，一個(gè)接收靈敏度指標為3!4 的手機，在可以使天線(xiàn)終端即接收機輸入端" 獲得35!4 的有用信號場(chǎng)中工作，顯然，此時(shí)手機工作正常。若由于某種電磁干擾!例如大干擾信號阻塞使該手機的靈敏度壞至6!4，此時(shí)應視為該機工作性能已降低，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)強足夠強，使送至接收機的信號!35!4仍大于已受干擾的、靈敏度已下降的接收機的要求!6!4"的緣故。
電磁騷擾“任何可能引起裝置、設備或系統性能降低或對有生命或無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現象。注：電磁騷擾可能是電磁噪聲、無(wú)用信號或傳播媒介自身的變化?！?br> 電磁干擾“電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統性能的下降?！庇梢陨蟽蓚€(gè)術(shù)語(yǔ)可見(jiàn)：電磁騷擾僅僅是電磁現象，即指客觀(guān)存在的一種物理現象。它可能引起降級或損害，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)上并未將物理現象與其造成的后果劃分明確，統稱(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在電磁騷擾還包括了無(wú)用信號，例如：對于受尋呼臺干擾的電視頻道而言，該尋呼臺信號對尋呼系統是有用信號，但對**擾的電視頻道則為無(wú)用信號。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：對短波通信電離層的變化9 對微波通信空氣中雨、霧的影響等。
電磁噪聲“一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現象，它可能與有用信號疊加或組合?！币陨细鳁l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。一般可以認為無(wú)線(xiàn)電頻率從35HIJ 開(kāi)始向上。而“電磁”現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
磁現象。
電磁環(huán)境“存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現象和總和?！薄敖o定場(chǎng)所”即“空間”L “所有電磁現象”包括了全部“時(shí)間”與全部“頻譜”。
無(wú)用信號“可能損害有用信號接收的信號?！?br> 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，一是要注重內在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀(guān)，兩者都較上乘才能認為該產(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*佳形狀為矩形。長(cháng)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)濟條件允許時(shí)盡量用多層板。
2．電路板一般分模擬電路區（怕干擾），數字電路區（怕干擾、又產(chǎn)生干擾），功率驅動(dòng)區（干擾源），故步板時(shí)要合理地分成三區。
3．器件一般選擇功耗低，穩定性好的器件，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；高壓及高頻線(xiàn)應園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線(xiàn)應盡量寬，*好使用大面積敷銅，這對接地點(diǎn)問(wèn)題有相當大的改善。
 5．外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應用系統的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統可靠性要求很高的應用系統中， 選用頻率低的單片機是降低系統噪聲的原則之一。以8051單片機為例，*短指令周期1?s時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機系統時(shí)鐘只需4MHz，更適合用于工控系統。近年來(lái)，一些生產(chǎn)8051兼容單片機的廠(chǎng)商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運算速度的前提下將對外時(shí)鐘的 需求降至原來(lái)的1/3。而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內部鎖相環(huán)技術(shù)，將外部時(shí)鐘頻率降至32KHz，而內部總線(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/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等...，它們的走向應該是呈線(xiàn)形的(或 分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。*好的走向是按直線(xiàn)，但一般不易實(shí)現，*不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設計的要求可 以低些。所以“合理”是相對的。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線(xiàn)。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路，如有可能，應另做電路板，這一點(diǎn)十分重要。
二． 地線(xiàn)技術(shù)
 　1．模擬電路和數字電路在元件布局圖的設計和布線(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 信號的嚴重失真，在數字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍,故數字電路具有較強的抗干擾的能 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*大。
2．數字地與模擬地分開(kāi)（或一點(diǎn)接地），地線(xiàn)加寬，要根據電流決定線(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)電流達到均衡。
4．為減少線(xiàn)間串擾，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；對于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線(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)，將其它高頻噪聲導入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，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 )導致“漏電”，影響系統的人身**性。高通、帶通濾波器則應根據系統中對信號的處理要求選擇使用。

4．典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開(kāi)，一方面使干擾信號不得進(jìn)入單片機系統，另一方面單片機系統本身的噪聲也不會(huì )以傳導的方式傳播出去。屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開(kāi)關(guān)電源，用金屬盒罩起來(lái)，可減少噪聲源對單片機系統的干擾。對特別怕干擾的模 擬電路，如高靈敏度的弱信號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.