电磁兼容性基础知识

文章来源：睐芯科技EMC

原文作者：MX

本文主要介绍电磁兼容基础

介绍Introduction

电磁兼容性(EMC)确保多个电子设备在相同的电磁环境中能够正常工作，不会相互干扰。

图1-EMC组件

电磁干扰Electromagnetic Interference

电磁干扰Electromagnetic Interference(EMI)是一种在另一个电子设备中引起干扰的电磁发射。EMI涵盖了整个电磁频谱，但最适用于10 kHz至10 GHz频率范围内的现代电子设备。电磁干扰可以来自有意或无意的来源，连续或间歇，在单个频率或宽范围的频率上。

无意的EMI源包括开关模式电源(SMPS)、数字设备、有刷直流电机、高压点火系统和荧光灯。开关电源是最常见的无意电磁干扰源;因为它们现在几乎只用于LED灯泡、数字设备以及手机和笔记本电脑的电池充电器。

有意EMI源最常见的是射频发射机，其发射通常被称为射频干扰(RFI)。这包括AM收音机、FM收音机、电视、手机、Wi-Fi、蓝牙以及航空、应急服务使用的许多其他固定和移动无线电通信系统。

间歇性EMI包括可能对电子设备造成灾难性损坏的瞬态，包括静电放电、闪电、电感反冲和电磁脉冲事件(EMP)。

EMI耦合Coupling

从源到接收器的EMI耦合可以通过电线传导，通过空气辐射，或两者兼而有之。在较高频率下，辐射发射变得更难缓解，因为较高频率的波长较短，而典型的线长可以更有效地辐射。辐射很容易穿透空气、太空、塑料、木材和绝缘体等非导电材料。

图2：耦合机制

现实世界中的电磁干扰情况通常是传导和辐射发射的结合，任何或所有电线和电缆都充当接收或发射天线。

EMC需要适当的接地、滤波和屏蔽，也就是说，不能简单地增加滤波来弥补接地不良或屏蔽无效。

辐射电磁干扰通常需要在金属外壳内屏蔽电子元件，保持屏蔽需要在入口处对电缆和电线进行滤波。滤波器可减少进出外壳的电线和电缆上的传导EMI。入口点馈通滤波器需要与金属外壳的低阻抗同轴连接才能正常工作。

图5 基本EMI兼容系统

合规性测试Compliance Testing

EMC测试的两种类型是发射测试和抗扰测试。发射测试验证设备发射的频率和幅度是否低于标准限值。抗扰测试验证了设备在暴露于标准化EMI水平时的可接受功能。

使用线路阻抗稳定网络(LISN)、电流探头或连接到EMI接收器的天线来测量发射，该接收器扫描所需的频率范围。低于限额的排放正在通过，而超过限额的排放则在失败。

图6 发射测试

通过耦合/解耦网络(CDN)、电流探头或天线注入EMI，并验证被测设备的功能，从而实现抗扰测试。EMC测试设备上看不到通过和失败指示，而是通过监测被测设备在暴露于EMI时的功能来确定的。

图7 Immunity Testing抗扰测试

发射和抗扰测试进一步细分为四个基本的EMC测试：1)传导发射，2)辐射发射，3)传导抗扰度，4)辐射抗扰度。传导发射和传导抗扰度测试不使用天线，而辐射发射和辐射抗扰度检测使用天线。如果设置中有天线，则正在进行辐射发射或辐射抗扰度测试。

现实世界的考虑因素

EMI发射限值和抗扰度测试水平之间的典型差异为100,000至1,或者100dB。这是100dB的安全裕度吗?如果给定环境中的电子设备被限制在如此低的排放水平，那么为什么这些设备需要处理如此高的抗扰水平呢?原因是电子设备必须在无线电发射机和无线电接收机附近运行。

无线电发射机产生高电平RFI，以进行远距离通信。为了检测这些信号，无线电接收器非常灵敏。抗扰度测试水平模拟了电子设备在无线电发射机附近工作时将暴露的能量水平。发射限制不确定设备的EMI发射不会干扰附近无线电接收器的接收。

标准与规范

美国，商用设备的EMC指南由联邦通信委员会(FCC)处理。《联邦法规》(CFR)第47节第15、18和68部分包含所有工程师在设计A类和B类设备时应注意的相关信息。

国际电工委员会(IEC)通过其国际无线电干扰特别委员会(CISPR)制定了全球公认的EMC标准。

结论

电磁兼容性已成为电子设备和系统设计的重要方面。设备制造商必须及时了解不断发展的EMC法规。了解EMC非常重要，因为合规级别的设备故障可能会导致产品交付延迟和开发成本增加。EMC在用户级别的故障可能意味着设备退回、未来业务损失以及关键应用程序中的潜在危险。