EMC（电磁兼容）设计与测试案例分析

本书以EMC案例分析为主线，通过案例描述、分析来介绍产品设计中的EMC技术，向读者介绍产品设计过程中有关EMC的实用设计技术与诊断技术，减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中的误区。书中所描述的EMC案例涉及结构、屏蔽与接地、滤波与抑制、电缆、布线、连接器与接口电路、旁路、去耦与储能、PCB layout，以及器件、软件与频率抖动技术等各个方面。.
本书是以实用为目的，以具有代表性的案例来说明复杂的原理，并尽量避免拖沓冗长的理论，可作为电子产品设计部门EMC方面必备的参考书，也可作为电子和电气工程师、EMC工程师、EMC顾问人员进行EMC培训的教材或参考资料。...

第1章 EMC基础知识
1.1 什么是EMC.
1.2 传导、辐射与瞬态
1.3 EMC测试实质
1.3.1 辐射发射测试
1.3.2 传导骚扰测试
1.3.3 静电放电抗扰度测试
1.3.4 射频辐射电磁场的抗扰度测试
1.3.5 电快速瞬变脉冲群的抗扰度测试
1.3.6 浪涌的抗扰度测试
1.3.7 传导抗扰度测试
1.3.8 电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试
1.4 理论基础
1.4.1 共模和差模
1.4.2 时域与频域
1.4.3 电磁骚扰单位分贝（dB）的概念
1.4.4 正确理解分贝真正的含义
1.4.5 电场与磁场
第2章 结构/屏蔽与接地
2.1 概论

　　EMC技术是解决电磁干扰与被干扰相关问题的一门技术。EMC设计的目的是解决电路之间的相互干扰，防止电子设备产生过强的电磁发射及对外界干扰过度敏感等问题。近年来，EMC设计技术的重要性日益增加。其中有两个方面的原因：第一，电子设备日益复杂，特别是模拟电路和数字电路混合的情况日见增多、电路的工作频率愈来愈高，导致了电路之间的干扰更加严重，设计人员如果不了解有关的设计技术，会导致产品开发周期过长，甚至开发失败；第二，为了保证电子设备稳定可靠地工作，减小电磁污染，越来越多的国家开始强制执行EMC标准，尤其是在美国和欧洲国家，EMC性能已经成为法制性的指标，成为了电子产品厂商必须通过的指标之一。设计人员如果在设计中不考虑有关问题，则产品最终将不能通过EMC试验，无法顺利走向市场。.
　　EMC是一门实践性很强的综合而又边缘的学科，实践对于EMC设计显得非常重要。我国EMC技术起步较晚，无论是理论、技术水平，还是相关产品（测试仪器、屏蔽材料、滤波器等）制造，都与发达国家相差甚远，因此在实践方面也相对比较落后。我国在加入WTO以后，面对的是公平的国际竞争，各国之间唯一的贸易壁垒就是技术壁垒。而EMC指标往往又是众多技术壁垒中最难突破的一道。因此，作为一位专职的EMC顾问，有责任将自己的经验分享给广大的设计者，可使设计人员在较短的时间内，掌握EMC设计技术，从而充满信心地面对挑战。
　　对于产品开发人员而言，需要掌握的EMC内容有两个方面：一个是关于标准的；另一个是关于产品设计技术的。对于标准的了解，只要达到能够搞清楚标准的技术要求，从标准的要求中提炼出对设计的要求就可以了。而对设计技术则要尽量熟悉，如果能够对基本的技术融会贯通，则会在产品的开发中体会到更多成功的乐趣。
　　本书共分7章。第1章描述EMC基础知识，主要是为第2章～第7章服务。当读者在阅读时，如对一些基本概念比较模糊，则可以方便地查阅。第2章～第7章是案例部分，涉及的EMC案例具有典型性和代表性。案例的描述均采用同样的格式，即包含【现象描述】、【原因分析】、【处理措施】、【思考与启示】四部分。试图通过每个案例的分析，向设计人员介绍有关EMC的实用设计与诊断技术，减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中的误区，使产品达到良好的EMC性。同时通过案例说明EMC的设计原理，使读者更好地理解设计的由来。【思考与启示】部分实际上是问题的总结与相关问题的注意事项，也可以作为产品设计的EMC检查列表。案例分为下述6大类。
　　结构、屏蔽与接地：对于大部分设备而言，屏蔽都是必要的。特别是随着电路工作频率的日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足EMC标准的要求。合理的屏蔽能大大加强产品的EMC性能，但是不合理的屏蔽设计不但不能起到预期的效果，相反可能引入一些额外的EMC问题。另外，接地不单有助于解决安全问题，同样对EMC也相当重要。许多EMC问题是由不合理的接地设计造成的。因为地线电位是整个电路工作的基准电位，如果地线设计不当，则地线电位就不稳，就会导致电路故障，也有可能产生额外的EMI问题。接地设计的目的是要保证地线电位尽量稳定，降低地压降， 从而消除干扰现象。
　　滤波及抑制设计：对于任何设备而言，滤波与抑制都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线，因此设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的，而外界干扰往往也是首先被导线接收到，然后串入设备的。滤波与抑制的目的就是消除导线上的这些干扰信号，防止电路中的干扰信号传到导线上，借助导线辐射，也可防止导线将接收到的干扰信号传入电路。..
　　电缆、布线、连接器与接口电路：电缆总是引起辐射或引入干扰的最主要通道，因为它们的长度的原因，电缆不单是“发射天线”，同时也是良好的“接收天线”。与电缆有着最直接关系的并非是连接器与接口电路。良好的接口电路设计不但可以使内部电路的噪声得到很好的抑制，使“发射天线”无驱动源，而且也同样可以滤除电缆从外界接收到的干扰信号。正确的连接器设计，又给电缆与接口电路提供了一个很好的配合通道。
　　旁路、去耦与储能：当器件工作时，时钟和数据信号端电平按规律发生变化时，去耦将提供给元件在时钟和数据变化期间正常工作的足够的动态电压和电流。去耦是通过在信号线和电源平面间提供一个低阻抗的电源来实现的。在频率升高到自谐振点之前，随着频率的提高，去耦电容的阻抗会越来越低。这样，高频噪声会有效地从信号线上泄放，余下的低频射频能量就没有什么影响了。最佳的实现效果可通过储能、旁路、去耦电容来达到。这些电容的值可通过特定的公式计算得到。另外，我们必须正确、适当地选择电容的绝缘材料，而不是根据过去的用法和经验来随意地选择。
　　PCB设计：无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响，或者电路之间产生相互干扰，PCB都是问题的核心。无论是PCB中的器件布局，还是PCB中线路布线，都会对产品整体的EMC性能产生本质的影响，如接口连接器的仿真位置将影响共模电流流经的方向，布线的路径将影响电路环路的大小，这些都是EMC的关键。因此设计好PCB对于保证设备的EMC性能具有重要的意义。PCB设计的目的就是减小PCB上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性，减小PCB上电路之间的相互影响。
　　器件、软件与频率抖动技术：电路由器件构成，但是器件的EMC性能往往被忽略掉。其实器件的封装、上升沿、引脚分布及器件本身的抗ESD能力都对器件所应用产品的EMC性能产生很大的影响。软件虽然不属于EMC学术范畴，但在有些情况下，利用软件提供的容错技术可避开产品对外界干扰的影响。频率抖动技术是近年来流行的一种降低电路传导骚扰和辐射骚扰的技术。但该技术也不是万无一失的。本章节中的案例详细说明了频率抖动技术的实质及注意事项。
　　其实，EMC设计犹如交通法规，不遵守不一定会出交通事故，但是必然风险大大加大。EMC设计也是一样，有些规则不遵守或许也能在测试中过关，但是过关的风险必然大大加大，所以在产品设计中有必要引入风险的意识。EMC设计的目的是最大限度地降低EMC测试风险。只有遵守所有的EMC“交通规则”的产品才是具有最低EMC风险的产品。
　　本书的大部分内容来自于作者在实际工作中碰到的EMC问题，每个案例都有较详细的理论分析过程，并从中得出参考经验。这些案例是作者积累的大量EMC案例中的一些典型，每一个案例的结果都形成了一个或多个EMC设计规则，这是值得借鉴与参考的。
　　由于作者所从事产品类型的限制，也许不能包含各类电子、电气产品的EMC问题，同时也鉴于作者知识的局限性，可能出现一些描述不合理或不精确，甚至错误的地方，还望广大读者批评指正。
　　在此我要特别感谢为本书提出过宝贵意见及建议的钱震宇教授和吴勤勤教授(博导)，同时还要感谢倪坚博士。另外，也非常感谢电子工业出版社的张榕副编审及其同事们。最后，在此书的编写期间，我也要对我的家人孙琦及同事曾玉波及刘烨所给予的支持表示感谢。...
　　编著者