电磁兼容概述一、电磁兼容概述电磁兼容(EMC)是指各种电的设备（包括电信设备和系统）,在不损失信号所包含的信息的条件下,信号与干扰共存的能力。

即在复杂的电磁环境中，设备和系统除了要抵抗外来的电磁干扰保持正常工作外，还不能产生对该电磁环境中的其他电子、电气产品所不能容忍的电磁干扰。

或者也可以这样理解，电设备既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求，又要满足其电磁发射极限值要求。

因此电磁兼容也称电磁兼容性,它包含了各种电的设备之间在电磁环境中相互兼顾的性质。

1.1 电磁干扰近些年来，随着科学技术的发展，人们在生产生活中使用的电气及电子设备的数量逐渐增多，这些设备在工作运转的时候往往会产生一些有用或者无用的电磁能量，这些能量会影响到其他设备或者系统的工作，这就是电磁干扰(Electromagnetic Interference)，简称EMI。

任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径和通道；第三还必须有被干扰对象的响应。

在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备（或敏感器）。

干扰源、干扰传播途径（或传输通道）和敏感设备称为电磁干扰三要素。

1.1.1 电磁干扰的分类电磁干扰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。

1.1.2 干扰源的分类电磁干扰源的分类方法有很多，一般说来可以分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。

自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。

人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰。

从电磁干扰属性来分，可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。

功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰；非说功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用。

从电磁干扰信号频谱宽度可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。

干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的称为宽带干扰，反之称为窄带干扰源。

从干扰信号的频率范围来分可以把干扰源分为工频与音频干扰源（50Hz及其谐波）、甚低频干扰源（30Hz以下）、载频干扰源（10kHz~300kHz）、射频及视频干扰源（300kHz）、微波干扰源（300MHz~100GHz）。

1.1.3 电磁干扰传播途径电磁干扰传播途径一般也分为两种：即传导耦合方式和辐射耦合方式。

任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径（或传输通道）。

通常认为电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式；另一种是辐射传输方式。

因此从被干扰的敏感器来看，干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。

传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。

这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。

辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。

常见的辐射耦合由三种：1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合；2. 空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；3.两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。

在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。

正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制。

1.1.4 电磁干扰的危害在日常生活环境中，所有的电子产品在操作时都会产生电磁骚扰，并且通过电源线、传输线进行传播以及通过空间辐射这些骚扰。

当这种骚扰积累到一定程度，就会造成干扰。

超过一定量值就会影响正在使用中的电子设备，造成信息传输的错误、信息的丢失、系统的误动作、死机，甚至造成严重的破坏。

具体来说，电磁干扰的危害主要表现为以下几个方面：(1) 对电子系统、设备的危害强烈的电磁干扰可能使灵敏的电子设备因过载而损坏。

(2) 对武器装备的危害，现代的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。

这种辐射场能引起装在武器装备系统中的灵敏电子引爆装置失控而过早启动；对制导导弹会导致偏离飞行弹道和增大距离误差；对飞机而言，则会引起操作系统失稳、航向不准、高度显示出错、雷达天线跟踪位置偏移等。

(3) 电磁场对人体的危害，不同频率的电磁辐射对人体的危害程度并不一样，低于1GHz 的辐射会导致皮肤组织感觉迟钝，能量渗透性强，易产生深部组织受热而损伤。

而1~3GHz 的辐射，会使人体表面组织和深部组织都会吸收能量，造成眼球和内组织损伤等。

为了防止某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。

电磁兼容学就是在认识、研究和控制电磁干扰的过程中建立起来的，它阐述电磁干扰产生的原因、分清干扰的性质，深入研究干扰传输及耦合的机理，系统地提出了抑制干扰的措施，制定出电磁兼容的系列标准和规范，建立电磁兼容试验和测量体系，这一切都促进了电磁兼容技术的发展。

1.2 电磁敏感性电磁敏感性指设备对所处环境中存在的电磁干扰具有的一定程度的抗扰能力，电磁敏感性和电磁抗扰度是对同一个概念的两种表述方法，接收器的电磁敏感性越高，抗干扰能力就越差，电磁抗扰度也就越低；反之，接收器的电磁敏感性越低，抗干扰能力就越强，电磁抗扰度也就越高。

具体哪种表述方式可以根据实际情况而定。

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，它涉及到了很多领域，如电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事等等。

在当今信息社会中，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统需要采用的电气及电子设备数量大幅度增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，连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。

二、EMI滤波器设计及PCB设计EMC设计是指在研制或安装、使用保护装置(设备)时，对可能产生电磁干扰的因素、路径进行分析、判断并采取合理、有效的技术措施使得保护装置在其电磁环境中可以正常工作，而且不产生危及其他装置(设备)正常工作的电磁干扰。

2.1 电磁干扰滤波器设计电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工作中的重要环节。

滤波器的性能好坏直接影响到整个电气设备能否正常工作。

滤波器之所以能成为抑制电磁干扰的重要方法之一，是因为滤波器可以把无用的电磁能量即电磁干扰减少到满意的工作电平上，因此滤波器是防护传导干扰的主要措施。

2.1.1 电磁干扰滤波器的工作原理EMC滤波器的工作原理与普通滤波器一样，允许有用信号的频率分量通过，同时阻止其他干扰频率分量通过。

方式有两种：一是不让无用信号通过，并把它们反射回信号源；另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉。

2.1.2电磁干扰滤波器的特殊性由于电磁干扰滤波器的作用是抑制干扰信号的通过，所以它与常规的滤波器有很大的不同。

（1）电磁干扰滤波器应该具有足够的机械强度、安装方便、工作可靠、重量轻、尺寸小以及结构简单等优点。

（2）电磁干扰滤波器在抑制电磁干扰的同时，能够在大电流和电压下长期工作，对有用的信号消耗小，保证最大传输效率。

（3）由于电磁干扰的频率是20Hz到几十GHz，故难以用集中参数等效电路来模拟滤波电路。

（4）电磁干扰滤波器在工作频率范围内应具有较高的衰减性能。

（5）干扰源的电平变化幅度大，有可能使电磁干扰滤波器出现饱和效应。

（6）电源系统的阻抗值与干扰源的阻抗值变化范围大，很难得到使用稳定的恒定值，故而电磁干扰滤波器很难工作在阻抗匹配的条件下。

2.1.3 电磁干扰滤波器的分类滤波是压缩干扰频谱的一种有效方法，当干扰频谱不同于有用信号的频带时，可以用电磁干扰滤波器将无用的干扰滤除。

因此，恰当地选择和正确地使用滤波器对抑制传导干扰是十分重要的。

从频率选择的角度出发，电磁干扰滤波器属于低通滤波器，分为信号线滤波器和电源线滤波器等。

1．信号线滤波器信号线滤波器是用在各种信号线上的低通滤波器，用来滤除高频干扰成分。

可分为线路板滤波器、馈通滤波器和连接器滤波器等三种。

线路板滤波器适合于安装在线路板上，具有成本低、安装方便等优点；馈通滤波器适合于安装在屏蔽壳体上，特别适用于单根导线或电缆穿过屏蔽体时使用；滤波器连接器适用于多根导线或电缆穿过屏蔽体时使用。

滤波器连接器在外形上和尺寸上都和普通连接器相同，两者完全可以互换。

但滤波器连接器的每个针或孔上都有一个低通滤波器，它的电路可以是单个电容的，也可以是L型或π型的。

2 电源线滤波器电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。

为防止这两种情况的发生，必须在设备的电源接口安装电源线滤波器。

它只允许电源频率通过，而高于电源频率的电磁干扰却受到很大的衰减。

电源线上的干扰以两种形式出现，在火线、零线回路中的干扰为差模干扰，在火线、零线与地线回路中的干扰为共模干扰。

虽然电源线滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用，但效果不一样，应分别给出两者的插入损耗。

除了特别说明允许不接地的滤波器外，所有电源滤波器都必须接地，因为滤波器中的共模旁路电容只有接地时才起作用。

使用电源线滤波器时，应尽量靠近电源入口处安装，并使滤波器的输入／输出端之间屏蔽隔离，避免电磁干扰从输入端直接耦合到滤波器的输出端。

此外，滤波器的接地点还应尽量靠近设备的接地点。

电源线滤波器的技术指标包括：最大泄漏电流、耐压、额定工作频率、额定工作电压、额定工作电流和温度范围等。

电磁兼容性元器件是解决电磁干扰发射和电磁敏感度问题的关键，正确选择和使用这些元器件是做好电磁兼容性设计的前提。

因此，我们必须深入掌握这些元器件，这样才有可能设计出符合标准要求、性能价格比最优的电子、电气产品。

2.2 PCB设计印制电路板（PCB）是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供了电路元件和器件之间的电气连接，实践证明，即使电路原理图设计正确，如果电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利的影响。

因此为了设计出电磁兼容，应该正确认识PCB中的电磁干扰，全面掌握PCB的设计原则。

2.2.1 PCB设计中的电磁干扰PCB中的电磁干扰分为两类：内部干扰和外部干扰。

内部干扰主要是因为受邻近电路之间的寄生耦合以及内部的场耦合的影响，信号沿着传输路径有衰减。

这些问题可以描述为信号丢失、信号沿路径反射以及邻近信号线路的串话。

外部干扰主要是辐射问题和敏感度问题。

辐射问题主要来源于时钟或其他周期性信号的谐波。

补偿的办法是将周期信号局限在一个尽量小的区域内并阻隔与外界寄生耦合的路径。

对于外部影响的敏感度，例如无线频率的干扰，主要与耦合到I/O线上并传输到单元内部的能量有关。