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電磁兼容（EMC）的標準與測試內容

來源：乐天堂FUN88電子發布日期：2024-01-23 瀏覽次數：2610次

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電磁兼容（EMC）的標準與測試內容

在國際範圍上，電磁兼容標準的製定已經有了70多年的發展曆程，最早為(wei) 了保護無線電通信和廣播，國際無線電幹擾特別委員會(hui) （CISPR）對各種用電設備和係統提出了相關(guan) 的電磁幹擾發射限值和測量方法。到了20世紀60～70年代，由於(yu) 電子、電氣設備的小型化、數字化和低功耗化，人們(men) 開始考慮設備的抗幹擾能力，世界各大標準化組織和各國政府機構也相繼製定了許許多多的電磁兼容標準。咱們(men) 今天就和海翎光電的小編一起來聊聊電磁兼容的基礎知識和測試內(nei) 容。

海翎光電的小編簡單做了個(ge) 腦圖大綱，主要就圍繞這些內(nei) 容來講解。

1、定義(yi)

（1）EMC（Electro Magnetic Compatibility）直譯是“電磁兼容性”。意指設備所產(chan) 生的電磁能量既不對其它設備產(chan) 生幹擾，也不受其他設備的電磁能量幹擾的能力。

（2） EMI(Electro Magnetic Interference)直譯為(wei) "電磁幹擾"，是指電子設備(幹擾源)通過電磁波對其他電子設備產(chan) 生幹擾的現象。

示例：當我們(men) 看電視的時候，旁邊有人使用電吹風或電剃須刀之類的家用電器，電視屏幕上會(hui) 出現的雪花噪點；電飯鍋煮不熟米飯；關(guan) 閉了的空調會(hui) 自行啟動……這些都是常見的電磁幹擾現象。更為(wei) 嚴(yan) 重的是，如果電磁幹擾信號妨礙了正在監視病情的醫療電子設備或正在飛行的飛機，則會(hui) 造成不堪設想的後果。從(cong) 這些例子來看，就好像是電子設備具有無形的“攻擊力”，對其他電子設備的正常運行造成了擾亂(luan) 和破壞。

（3）EMS（Electro Magnetic Susceptibility）直譯為(wei) “電磁敏感度”，是指由於(yu) 電子設備受到外界的電磁能量，造成自身性能下降的容易程度。

示例：例如同樣受到電吹風或電剃須刀的幹擾，有些電視機的屏幕上出現了雪花噪點，有些電視機卻安然無恙。這表明在受到電磁幹擾“攻擊”的情況下，前者的電磁敏感度較高，更易受傷(shang) ，也就是“防禦力”較低；而後者的電磁敏感度較低，不易受傷(shang) ，即“防禦力”較高。

（4）傳(chuan) 導幹擾和輻射幹擾：從(cong) “攻擊”方式上看，電磁幹擾（EMI）主要有兩(liang) 種類型：傳(chuan) 導幹擾和輻射幹擾。

傳(chuan) 導幹擾是指幹擾源通過導電介質(例如電線)把自身電網絡上的信號耦合(幹擾)到另一個(ge) 電網絡。最常見的例子是我們(men) 電腦中的電源會(hui) 對家裏的用電網絡產(chan) 生影響，在電腦開機的同時家裏的電燈可能會(hui) 變暗，這在使用雜牌劣質電源的電腦上表現得更為(wei) 明顯。而在當今電源的內(nei) 部結構中，一二級EMI濾波電路是必不可少的，這裏的“EMI”針對的就是電磁傳(chuan) 導幹擾，以防止電源工作時對外界產(chan) 生太大的影響。

輻射幹擾是電子設備產(chan) 生的幹擾信號通過空間耦合把幹擾信號傳(chuan) 給另一個(ge) 電網絡或電子設備。如下圖，通過電源線相互產(chan) 生的幹擾是傳(chuan) 導幹擾，通過電磁波產(chan) 生的幹擾是輻射幹擾。

電磁幹擾的產(chan) 生原因：電壓/電流的變化中不必要的部分。電磁幹擾的耦合途徑有兩(liang) 種：導線傳(chuan) 導和空間輻射。

導線傳(chuan) 導幹擾原因是電流總是走“最小阻抗”路徑。以屏蔽線為(wei) 例，低頻（f<1kHz）時，導線的電阻起到主要作用，大部分電流從(cong) 導線的銅線中流過；高頻（f>10kHz）時，環路屏蔽層的感抗小於(yu) 導線的阻抗，因此信號電流從(cong) 屏蔽層上流過。

幹擾電流在導線上傳(chuan) 輸有兩(liang) 種方式：共模和差模。

一般有用的信號為(wei) 差模信號，因此共模電流隻有轉變為(wei) 差模電流才能對有用信號產(chan) 生幹擾。阻抗平衡防止共模電流向差模轉變，可以通過多點接地用來降低地線公共阻抗，減小共地線阻抗幹擾。

空間輻射幹擾分近場和遠場。

近場又稱為(wei) 感應場，與(yu) 場源的性質密切相關(guan) 。當場源為(wei) 高電壓小電流時，主要表現為(wei) 電場；當場源為(wei) 低電壓大電流時，主要表現為(wei) 磁場。無論是電場還是磁場，當距離大於(yu) λ/2π時都變成了遠場。遠場又稱為(wei) 輻射場。遠場屬於(yu) 平麵波，容易分析和測量，而近場存在電場和磁場的相互轉換問題，比較複雜。

這裏麵有問題的是如果導線變成天線，有時候就分不清是傳(chuan) 導幹擾還是輻射幹擾？

低頻帶下特別是30 MHz以下的主要是傳(chuan) 導幹擾。或者可以估算當設備和導線的長度比波長短時，主要問題是傳(chuan) 導幹擾，當它們(men) 的尺寸比波長長時，主要問題是輻射幹擾。

幹擾信號以平麵電磁波形式向外輻射電磁場能量，再以泄漏和耦合形式，通過絕緣支撐物等（包括空氣）為(wei) 媒介，經公共阻抗的耦合進入被幹擾的線路、設備或係統。

舉(ju) 例：900MHz，平麵波的轉折點在50 mm

電磁波輻射有兩(liang) 個(ge) 必要條件：變化的電壓/電流和輻射天線。兩(liang) 者缺一，都不會(hui) 產(chan) 生大量的輻射幹擾。

有些資料會(hui) 給出瞬態幹擾的概念，顧名思義(yi) ：時間很短但幅度較大的電磁幹擾。瞬態幹擾一般指各類電快速脈衝(chong) 瞬變（EFT）、各類浪湧（SURGE）、靜電放電（ESD）等三種。

重點：消除其中任何一個(ge) 因素就可以滿足電磁兼容設計的要求。切斷耦合途徑是最有效的電磁兼容處理措施。了解下傳(chuan) 播路徑：

電磁幹擾可以通過電源線、信號線、地線、大地等途徑傳(chuan) 播的傳(chuan) 導幹擾，也有通過空間直接傳(chuan) 播的空間輻射幹擾。這些幹擾或者噪聲並不是獨立存在的，在傳(chuan) 播過程中又會(hui) 出現新的複雜噪聲，這種問題疊加問題才是解決(jue) 問題的難點。

近場區，波阻抗與(yu) 輻射源的位置、阻抗、頻率及輻射源周圍的介質有關(guan) ；遠場區，波阻抗等於(yu) 電磁波傳(chuan) 播介質的特性阻抗；在真空中，波阻抗為(wei) 377Ω。

由377Ω想到自由空間的特性阻抗：

有個(ge) 基礎概念需要講一講：dB&dBm區別。dB之前的常提常見。dBm是功率相對於(yu) 1 mW的值。至於(yu) 區別，上公式比較直接：

05環路

編輯

電流在傳(chuan) 遞路徑與(yu) 返回路徑中形成的環路是PCB輻射發射的一個(ge) 原因。電子產(chan) 品中任何信號的傳(chuan) 遞都存在環路，如果信號是交變的，那麽(me) 信號所在的環路都會(hui) 產(chan) 生輻射，當產(chan) 品中信號的電流大小、頻率確定後，信號環路產(chan) 生的輻射強度與(yu) 環路麵積有關(guan) ，管控信號環路的麵積可以控製EMC問題。

單點&多點接地

電子設備是否選擇單點接地，主要取決(jue) 於(yu) 係統的工作信號頻率和接地線的長度，即其表征量L/λ。L/λ<=0.1時，選擇單點接地，單點接地的應用範圍一般在300kHz以下，在有些場合也可用在1MHz以下。當地線長度為(wei) 1/4波長的奇數倍時，地線阻抗變得很高，產(chan) 生天線效應，即地線像天線一樣向外輻射噪聲信號。若用一點接地，地線長度不得超過波長的1/20，否則應采用多點接地。

散熱&屏蔽

屏蔽和散熱是互相矛盾的，散熱孔一般是一組孔洞，利用風扇進行強迫對流，這些孔洞將會(hui) 引起電磁泄漏，使屏蔽效果下降，孔洞越大，屏蔽效果越差。通常係統的外殼都配置了散熱孔，這種散熱孔會(hui) 影響整個(ge) 係統的屏蔽性能。

06

EMC測試項及標準

EMI測試項：輻射騷擾電磁場（RE）、騷擾功率（DP）、傳(chuan) 導騷擾（CE）、諧波電路（Harmonic）、電壓波動及閃爍（Flicker）、瞬態騷擾電源（TDV）

EMS測試：輻射敏感度試驗（RS）、工頻磁場抗擾度（PMS）、靜電放電抗擾度（ESD）、射頻場感應的傳(chuan) 導騷擾抗擾度測試（CS）、電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試（DIP）、浪湧（衝(chong) 擊）抗擾度測試（SURGE）、電快速瞬變脈衝(chong) 群抗擾度測試（EFT/B）、電力線感應/接觸（Power induction/contact）

國際標準化組織：國際電工委員為(wei) IEC、國際標準華組織ISO、電氣電子工程師學會(hui) IEEE、歐盟電信標準委員會(hui) ETSI、國際無線電通信谘詢委員CCIR、國際通訊聯盟ITU

國際電工委員會(hui) IEC有以下分會(hui) 進行EMC標準研究：CISPR國際無線電幹擾特別委員會(hui) 、TC77電氣設備（包括電網）內(nei) 電磁兼容技術委員會(hui) 、TC65工業(ye) 過程測量和控製、FCC聯邦通、VDE德國電氣工程師協會(hui) 、VCCI日本民間幹擾

國際標準化：BS英國標準、ABSI美國國家標準、GOSTR俄羅斯政府標準、GB、GB/T中國國家標準

EMC測試結果的評價(jia)

A級：實驗中技術性能指標正常

B級：試驗中性能暫時降低，功能不喪(sang) 失，實驗後能自行恢複

C級：功能允許喪(sang) 失，但能自恢複，或操作者幹預後能恢複

R級：除保護元件外，不允許出現因設備（元件）或軟件損壞數據丟(diu) 失而造成不能恢複的功能喪(sang) 失或性能降低

電磁兼容測試分為(wei) 兩(liang) 大類：一類是電磁幹擾度（EMI）測試，測試電子產(chan) 品係統對其他設備、對電磁空間的幹擾發射情況。一類是電磁抗擾度（EMS）測試，測試電子設備抵禦空間電磁幹擾的能力。

國家標準中EMI測試項目為(wei) 2項，軍(jun) 用標準中EMI測試項目為(wei) 7項，EMS測試項目為(wei) 10項，軍(jun) 用保證EMS測試項目為(wei) 12項。列出不同數量測試項目，說明針對不同行業(ye) ，有著不同要求，這個(ge) 也好理解。問題是EMC測試有不同標準，各個(ge) 行業(ye) 再依據標準進行細化，確定自己滿足的等級和要求。

EMI測試場地有半電波暗室、全電波暗室、開闊場三種。

產(chan) 品相關(guan) EMC測試是必須的，產(chan) 品EMC測試出現相關(guan) 問題，整改方向：

1.靜電抗擾度測試—>屏蔽

2.電快速瞬變脈衝(chong) 群抗擾度測電源隔離，使用屏蔽雙絞線&安裝磁環。

3.浪湧（衝(chong) 擊）抗擾度測試安裝浪湧抑製器

4.射頻場感應的傳(chuan) 導騷擾抗擾度測試屏蔽、接地、濾波

5.射頻電磁場輻射抗擾度測試導電泡棉將線纜壓緊，保持最小的縫隙。

6.傳(chuan) 導發射電源隔離、濾波、接地、減小回路麵積。

7.輻射發射出現超標屏蔽接地，檢查連接，安裝磁環，檢查模擬設備。

07

產(chan) 品電磁兼容性設計，必須通過整體(ti) 設計，從(cong) 電路設計到元器件選型，從(cong) PCB製版到樣機調試，從(cong) 電子設備的測試到發布，每一步都要考慮有可能引起的電磁兼容問題，從(cong) 產(chan) 品最初規劃到最後認證結束，每一步都要融入電磁兼容設計思想，才能真正管控好電磁兼容問題。

08 分貝（dB）

分貝（dB）的概念：分貝(Decibel，dB)是電磁兼容中常用的基本單位。是一個(ge) 純計數單位，本意是表示兩(liang) 個(ge) 量的比值大小，沒有單位。

dB就是把一個(ge) 很大（後麵跟一長串0的）或者很小（前麵有一長串0的）的數比較簡短地表示出來。如（此處以功率為(wei) 例）：

在電子工程領域，放大器增益使用的就是dB（分貝）。放大器輸出與(yu) 輸入的比值為(wei) 放大倍數，單位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。當改用“分貝”做單位時，放大倍數就稱之為(wei) 增益，這是一個(ge) 概念的兩(liang) 種稱呼。

電學中分貝與(yu) 放大倍數的轉換關(guan) 係為(wei) ：

分貝定義(yi) 時電壓(電流)增益和功率增益的公式不同，但我們(men) 都知道功率與(yu) 電壓、電流的關(guan) 係是P=V^2/R =I^2*R。采用這套公式後，兩(liang) 者的增益數值就一樣了：

使用分貝做單位主要有三大好處。

（1）數值變小，讀寫(xie) 方便。電子係統的總放大倍數常常是幾千、幾萬(wan) 甚至幾十萬(wan) ，一架收音機從(cong) 天線收到的信號至送入喇叭放音輸出，一共要放大2萬(wan) 倍左右。用分貝表示先取個(ge) 對數，數值就小得多。

（2）運算方便。放大器級聯時，總的放大倍數是各級相乘。用分貝做單位時，總增益就是相加。若某功放前級是100倍(20dB)，後級是20倍(13dB)，那麽(me) 總功率放大倍數是100×20=2000倍，總增益為(wei) 20dB＋13dB=33dB。

（3）符合聽感，估算方便。人聽到聲音的響度是與(yu) 功率的相對增長呈正相關(guan) 的。例如，當電功率從(cong) 0.1瓦增長到1.1瓦時，聽到的聲音就響了很多；而從(cong) 1瓦增強到2瓦時，響度就差不太多；再從(cong) 10瓦增強到11瓦時，沒有人能聽出響度的差別來。如果用功率的絕對值表示都是1瓦，而用增益表示分別為(wei) 10.4dB，3dB和0.4dB，這就能比較一致地反映出人耳聽到的響度差別了。您若注意一下就會(hui) 發現，Hi－Fi功放上的音量旋鈕刻度都是標的分貝，使您改變音量時直觀些。

分貝數值中，－3dB和0dB兩(liang) 個(ge) 點是必須了解的。－3dB也叫半功率點或截止頻率點。這時功率是正常時的一半，電壓或電流是正常時的0.707。在電聲係統中，±3dB的差別被認為(wei) 不會(hui) 影響總特性。所以各種設備指標，如頻率範圍，輸出電平等，不加說明的話都可能有±3dB的出入。0dB表示輸出與(yu) 輸入或兩(liang) 個(ge) 比較信號一樣大。分貝是一個(ge) 相對大小的量，沒有絕對的量值。可您在電平表或馬路上的噪聲計上也能看到多少dB的測出值，這是因為(wei) 人們(men) 給0dB先定了一個(ge) 基準。例如聲級計的0dB是2×10－4μb(微巴)，這樣馬路上的噪聲是50dB、60dB就有了絕對的輕響概念。常用的0dB基準有下麵幾種：

dBFS——以滿刻度的量值為(wei) 0dB，常用於(yu) 各種特性曲線上；

dBm——在600Ω負載上產(chan) 生1mW功率(或0.775V電壓)為(wei) 0dBm，常用於(yu) 交流電平測量儀(yi) 表上；

dBV——以1伏為(wei) 0dB；

dBW——以1瓦為(wei) 0dB。

一般讀出多少dB後，就不用再化為(wei) 電壓、聲壓等物理量值了，專(zhuan) 業(ye) 人士都能明白。隻有在極少數場合才要折合。這時隻需代入公式：10A/20(或A/10)×D0計算即可。A為(wei) 讀出的分貝數值，D0為(wei) 0dB時的基準值，電壓、電流或聲壓用A/20，電功率、聲功率或聲強則用A/10。

附錄：概念辨析：dBm, dBi, dBd, dB, dBc, dBuV

（1） dBm：dBm是一個(ge) 考征功率絕對值的值，計算公式為(wei) ：10lgP（功率值/1mw）。

[例1] 如果發射功率P為(wei) 1mw，折算為(wei) dBm後為(wei) 0dBm。

[例2] 對於(yu) 40W的功率，按dBm單位進行折算後的值應為(wei) ：

10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

dBm是功率單位；

dBm 定義(yi) 的是 miliwatt。0 dBm = 10log1 mw；

dBw 定義(yi) watt。0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30dBm。

（2）dBi 和dBd：dBi和dBd是考征增益的值（功率增益），兩(liang) 者都是一個(ge) 相對值，但參考基準不一樣。dBi的參考基準為(wei) 全方向性天線，dBd的參考基準為(wei) 偶極子，所以兩(liang) 者略有不同。一般認為(wei) ，表示同一個(ge) 增益，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2.15。

[例3]對於(yu) 一麵增益為(wei) 16dBd的天線，其增益折算成單位為(wei) dBi時，則為(wei) 18.15dBi（一般忽略小數位，為(wei) 18dBi）。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5]GSM900天線增益可以為(wei) 13dBd（15dBi），GSM1800天線增益可以為(wei) 15dBd（17dBi)。

（3）dB：dB是一個(ge) 表征相對值的值，當考慮甲的功率相比於(yu) 乙功率大或小多少個(ge) dB時，按下麵計算公式：10lg（甲功率/乙功率）

[例6]甲功率比乙功率大一倍，那麽(me) 10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是說，甲的功率比乙的功率大3dB。

[例7] 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳(chuan) 輸損耗約為(wei) 3.9dB。

[例8] 如果甲的功率為(wei) 46dBm，乙的功率為(wei) 40dBm，則可以說，甲比乙大6dB。

[例9] 如果甲天線為(wei) 12dBd，乙天線為(wei) 14dBd，可以說甲比乙小2dB。

（4）dBc：有時也會(hui) 看到dBc，它也是一個(ge) 表示功率相對值的單位，與(yu) dB的計算方法完全一樣。一般來說，dBc是相對於(yu) 載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來度量與(yu) 載波功率的相對值，如用來度量幹擾（同頻幹擾、互調幹擾、交調幹擾、帶外幹擾等）以及耦合、雜散等的相對量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。

（5）dBuV：根據功率與(yu) 電平之間的基本公式V^2=PR，可知dBuV=90+dBm+10log®,R為(wei) 電阻值。載PHS係統中正確應該是dBm=dBuv-107，因為(wei) 其天饋阻抗為(wei) 50歐。

（6）dBuVemf 和dBuV：emf:electromotive force(電動勢)對於(yu) 一個(ge) 信號源來講,dBuVemf是指開路時的端口電壓,dBuV是接匹配負載時的端口電壓定義(yi) 為(wei) 兩(liang) 個(ge) 功率的比

09 傳(chuan) 導幹擾耦合形式：

共阻抗耦合：由兩(liang) 個(ge) 回路經公共阻抗耦合而產(chan) 生，幹擾量是電流i，或變化的電流di/dt。

容性耦合：在幹擾源與(yu) 幹擾對稱之間存在著耦合的分布電容而產(chan) 生，幹擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。

感性耦合：在幹擾源與(yu) 幹擾對稱之間存在著互感而產(chan) 生，幹擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。

10 輻射幹擾耦合形式：