第 7 章 电磁兼容介绍

1. 第7章 电磁兼容介绍 7.1 电磁兼容的概念 7.1.1 实例 1、在开着的电脑前拨打手机，会发现显示器屏幕出现抖动。 2、电视机处于待机状态（STAND BY），一阵雷电后电视机自动开机了。 3、汽车点火系统的电磁干扰现象。 4、在飞机起飞、降落的过程中使用手机、手提电脑等电子设备，会使飞机的导航设备失效。

2. 7.1.2电磁兼容的概念 • 电磁兼容源于英文ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY缩写为EMC。 • 国际电工委员会对电磁兼容的定义为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。 可见电磁兼容的概念包括两个部分，一是设备能够抵抗所接受到的干扰而正常工作；另一个是设备所发射的电磁干扰不能影响其它设备的正常工作。

3. 7.1.3 常用术语 • 电磁环境electromagnetic environment：存在于给定场所的所有电磁现象的总合。 • 电磁噪声electromagnetic noise：一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能对有用信号叠加或组合。 • 干扰信号 interfering signal：损害有用信号接收的信号。

4. 电磁骚扰 electromagnetic disturbance：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。 • 电磁干扰 electromagnetic interference (EMI)：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。 • 电磁发射 electromagnetic emission：从源向外发出电磁能的现象。 • 电磁辐射 electromagnetic radiation：包括a)能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。 b)能量以电磁波形式在空间传播

5. 串扰（串音）crosstalk：被干扰电缆上从邻近干扰源电缆耦合的电压与该临近电缆上的电压之比。单位为分贝（dB）串扰（串音）crosstalk：被干扰电缆上从邻近干扰源电缆耦合的电压与该临近电缆上的电压之比。单位为分贝（dB） • 共模 common mode (CM)：存在于两根或多根导线中，流经所有导线的电流都是同极性的。 • 差模 differential mode (DM)：在导线对上级性相反的电压或电流。 • 电场 electric field：辐射波场的梯度值，单位为V/m。 • 导电垫圈 electrical gasket：一个可挤压的连接物，用在两个相连的金属元件之间，用来保证他们之间的低阻抗路径。

6. 静电放电 electrostatic discharge (ESD) • 远场区 far field：信号源距测量点有1/6波长以上时的辐射场。 • 近场 near field：与电磁干扰源的距离小于1/6波长的区域。 • 铁氧体 ferrite：用粉末状磁性材料制成球、棒、环等形状，用来吸收导线和电缆上的电磁干扰。 • 场强 field strength：相应的电场或磁场每米所辐射的电压或电流。 • 滤波器 filter：一种抑制电磁干扰的设备，只允许需要的或有用的信号频率通过。

7. 接地环路 ground loop：一个潜在的电磁干扰条件，为了安全、电源回路或其他目的，将两台或更多台设备互连并接到公共地时形成的。 • 隔离变压器 isolation transformer：一、二次绕组高度隔离的变压器，用在电源线或信号链路上来切断接地环路。 • 抗扰性余量 immunity margin：装置、设备或系统的抗扰性限值与电磁兼容电平之间的差值。 • 耦合系数 coupling factor：给定电路中，电磁量（通常是电压或电流）从一个规定位置耦合到另一个规定位置，目标位置与源位置相应电磁量之比。

8. 耦合路径 coupling path：部分或全部电磁能量从规定源传输到另一个电路或装置所经由的路径。 • 接地电感 earthing inductor, grounding inductor：与设备的接地导体串联的电感器。 • 屏蔽 screen：用来减少场向指定区域穿透的措施。电磁屏蔽electromagnetic screen：用导电材料减少交变电场向指定区域穿透的屏蔽。 • 灵敏度 sensitivity：当模拟电路中的噪声为限带白噪声时，当S=N是对应的输入信号值，在该值以下，电路没有响应信号输出或其输出信号可以忽略。

9. 屏蔽效率 shielding effectiveness (SE)：采用屏蔽措施前后，空间同一点的场强之比，包括吸收损耗和反射损耗。 • 集肤深度 skin depth：由表面流过电流的63%而计算出来的金属层厚度。 • 表面贴装技术 surface mount technology (SMT)：用于无引线类型的元件封装。

10. 7.2 干扰源、被干扰对象及耦合通道 必须有干扰源、被干扰对象及耦合通道的同时存在才能构成EMC问题。

11. 7.2.1干扰源 应该说在条件合适的前提下，任何消耗能量的仪器、设备都有可能成为干扰源。 1、根据干扰的成因，可以将干扰源分为：自然电磁干扰源和人为电磁干扰源。

12. 电磁干扰源 自然电磁干扰源 人为电磁干扰源 大气干扰 雷电干扰 宇宙干扰 热噪音 功能性干扰源 非功能性干扰源 输电线 电气化铁路 车辆点火系统 开关系统 工业、科学、医疗设备 家用电器 办公设备 无线电广播 电视 无线通信 雷达 导航

13. 2、自然电磁干扰 • 自然电磁干扰主要指的是宇宙干扰、大气干扰、热噪声和沉积静电干扰。 • 宇宙干扰是来自宇宙的背景噪声、太阳无线电噪声以及天体、星座发射的无线电噪声。太阳的的干扰频率从10MHz到几十GHz。宇宙干扰最为明显的频率范围为20MHz～500MHz，主要的干扰对象为航天飞行器以及通过卫星传播的通信信号和广播信号。 • 除宇宙干扰外，大气干扰也是常见的自然电磁干扰。主要是雷电干扰，其他的还有沙暴、雨雾等。大气干扰的频率范围主要在30MHz以下，对地球上20 MHz以下的无线电通信影响很大。

14. 热噪声指的是处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电起伏，是由导体中自由电子的无规则运动引起的。如电阻热噪声、气体放电噪声等。热噪声指的是处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电起伏，是由导体中自由电子的无规则运动引起的。如电阻热噪声、气体放电噪声等。

15. 3、人为电磁干扰 1）电气设备干扰 （1）电晕放电 高压输电线因绝缘失效时会产生间歇脉冲电流，形成电晕放电。 电晕放电干扰对低频感测系统的影响较为严重，对高频感测系统影响不大。

16. （2）辉光放电 及气体放电。如荧光灯、霓虹灯、等。常温空气中，当接点距离为0.0076mm，电压加到320V时会发生辉光放电。 荧光灯的干扰电平一般为几十微伏到几千微伏，高的可达几十毫伏；频率为超高频。

17. （3）火花放电 电气设备触点处的断续电流将会引起火花放电。对于有金属外壳的电气设备，干扰一般只能从缝隙处和引线处泄露。 火花放电干扰频率很高。汽车点火干扰的频率范围为20MHz～1000MHz，作用距离可达50 ～100m。

18. （4）开关干扰 （5）工频干扰

19. 7.2.2 被干扰对象 被干扰对象所囊括的范围也很宽。所有的电子设备都有可能成为被干扰对象，甚至人体。如电视机，收音机，模拟传感器，放大器，计算机等。

20. 7.2.3 耦合通道 只有有了耦合通道，干扰信号才能为被干扰对象所接收。耦合通道可以分为三类：辐射、传导及感应。如：电源线，内部连接电缆，机箱泄漏，天线到天线，导线到导线等。

21. 7.3 EMC相关的测量标准 欧盟（EU）早在80年代就已作出决定，凡是投放到欧洲经济区（EEA—European Economic Area）的产品必须要有CE标志。 标准基本上可以分为两类：产品电磁骚扰特性测量标准和产品抗扰性试验标准。

22. 产品电磁骚扰特性主要测量标准： 1）《工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值》CISPR11-1990 CISPR是一个国际性的电磁兼容标准化组织，它是IEC下属的一个特别的技术委员会。该组织目前制定的有关于电磁兼容的标准还有： CISPR12 ；CISPR 13 ；CISPR 14 ；CISPR 16 ；CISPR 22 ；CISPR 24等 2）《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的测量方法和限值》CISPR12-1997 3）《声音和电视广播接收机及有关设备无线电骚扰特性限值和测量方法》CISPR13-1996 4）《家用和类似用途的电动、电热器具，电动工具以及类似电器无线电骚扰特性的测量方法和限值》CISPR14-1997

23. 5）《无源无线电骚扰滤波器及抑制元件特性的测量方法》CISPR17-19815）《无源无线电骚扰滤波器及抑制元件特性的测量方法》CISPR17-1981 6）《信息技术设备的无线电骚扰特性的测量方法和限值》CISPR22-1993 7）《谐波电流发射限制（设备输入电流≤16A/每相）》IEC61000-3-2：(1994) 8）《设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁限制（额定电流≤16A）》IEC61000-3-3：(1994) 9）《居住、商业和轻工业环境通用发射标准》IEC61000-6-3：(1996) 10）《工业环境通用发射标准》IEC61000-6-4：(1997)

24. 产品抗扰性试验主要标准： 1）《静电放电抗扰性试验》IEC61000-4-2：(1995) 2）《射频电磁场辐射抗扰性试验》IEC61000-4-3：(1995) 3）《电快速瞬变脉冲群抗扰性试验》IEC61000-4-4：(1995) 4）《浪涌抗扰性试验》IEC61000-4-5：(1995) 5）《对射频场感应的传导骚扰的抗扰性试验》IEC61000-4-6：(1996) 6）《供电系统及所联设备谐波和谐间波的测量和测量仪器通用导则》IEC61000-4-7：(1991)

25. 7）《工频磁场抗扰性试验》IEC61000-4-8：(1993) 8）《脉冲磁场抗扰性试验》IEC61000-4-9：(1993) 9）《阻尼振荡磁场抗扰性试验》IEC61000-4-10：(1993) 10）《电压瞬时跌落、短时中断和电压渐变的抗扰性试验》IEC61000-4-11：(1994) 11）《居住、商业和轻工业环境通用抗扰性》IEC61000-6-1：(1997) 12）《工业环境抗扰性通用标准》EN50082-2：(1995) EN为欧洲标准的代号。

26. 7.4 电磁兼容设计 7.4.1 干扰强度的度量 7.4.1.1 度量单位 经常采用下面的方法对物理量进行度量，即：以某一参量相对某些参考量的比值，并以指数或对数形式表现出来。 在这样的度量方式中以贝尔（Bel）应用较多。 贝尔最初定义为两个功率电平的比值的对数（以10为底）。

27. 即： P2为实测值 P1为参考值 • 在日常应用中，常用分贝（dB--Decibel）来表示：

28. 7.4.1.2 用功率表示干扰强度 这种方法中，用dBm表示干扰的强度。以0dBm表示1mW，作为基准参考电平。 式中：PdBm –用dBm表示的测量值 PmW –实测值

29. 7.4.1.3 用电压及电流表示干扰强度 对宽带干扰，通常使用干扰电压作测量值。有电磁干扰引起的干扰电压以dBμV表示，并以0dBμV表示1μV，作为基准参考电平。 UdBμV –用dBμV表示的测量值 UμV –实测值

30. 对纯电阻可以有如下关系式： U –电阻上的电压降V R –电阻阻值Ω P –电阻消耗的功率

31. 以分贝表示有： 以μV表示，有：

32. 将电压改为以μV表示，有：

33. 故： 因此有：

34. 对电路电阻R=50Ω，可以得出： 即：0dBm相当于107dBμV， 或0dBμV相当于-107dBm。

35. 7.4.2 电磁干扰抑制措施的最佳选择 • 外壳：对于已不能将塑料壳改为金属壳的情况，可以通过对外壳喷铜漆或镍漆来改善其屏蔽性能。对于金属壳则可以考虑对进、出线开口加垫片改善其屏蔽性能。 • 逻辑干扰的排除：对于大的尖峰干扰来说，RC或铁氧体滤波器可能是较好的选择。 • 传输连接：单级传输连接可以通过加入平衡变压器等，使输入成为差动式传输。