什么是EMC测试? EMC测试的类型和项目

[导读]EMC(电磁兼容性)是指电子设备在正常工作时，能够在不产生过量电磁干扰的情况下，抵抗外部电磁环境的干扰。

一、什么是EMC测试?

EMC(电磁兼容性)是指电子设备在正常工作时，能够在不产生过量电磁干扰的情况下，抵抗外部电磁环境的干扰。简单来说，EMC测试包括两个方面：

电磁干扰(EMI)：设备在工作过程中产生的电磁辐射或通过电源线等途径传播的电磁干扰。

电磁抗扰度(EMS)：设备对外部电磁干扰的抵抗能力，在干扰环境中仍能正常工作。

通过EMC测试，可以确保产品在电磁环境中的安全性和可靠性，避免因电磁干扰导致的设备故障或功能失常。

举例说明：电子设备等都需要进行EMC测试，以保证能在不同的电磁环境下都能稳定工作，并不对其他设备造成干扰。

二、EMC测试的类型和项目

2.1 辐射发射测试(Radiated Emission Testing，RE)

测试目的：辐射发射测试主要是评估设备在正常工作状态下是否会发出超过标准的电磁辐射。电磁辐射通过天线或电源线等方式传播到周围的环境或其他设备，可能引起干扰，影响设备的正常运行或造成故障。

测试频率范围：30 MHz - 1 GHz(部分产品可能延伸至6 GHz)

测试环境：通常在10米或3米法电波暗室中进行。(电波暗室是一种专门设计的屏蔽环境，用来模拟无干扰的测试空间，避免外部信号干扰)

测试流程：

设备会放置于电波暗室中，进行辐射测量。

使用天线捕捉设备释放的电磁波。

通过频谱分析仪或其他测量工具，分析电磁波的强度，确保设备在工作时发出的电磁辐射不超过规定的限值。

关键指标：

电场强度(dBμV/m)：测量电磁辐射的强度，通常以dBμV/m为单位表示。

不同频段的限值要求：在不同的频率范围内，设备的辐射应遵循特定的限值要求。例如，CISPR 22规定了不同频段的辐射发射限值。

2.2 传导发射测试(Conducted Emission Testing，CE)

测试目的：传导发射测试主要是评估设备通过电源线、信号线等电气连接向外传导的电磁干扰。设备在正常工作时会通过电源或信号线向外传导干扰信号，这些干扰信号可能影响其他设备或系统。

测试频率范围：150 kHz - 30 MHz

测量方法：

线路阻抗稳定网络(LISN)：LISN是一种专用测试设备，能够稳定电源线路的阻抗，同时提供测试信号的传输通道。在测试时，LISN用来隔离电源网络，测量设备在电源端口和信号端口传导的电磁干扰。

测试流程：

测量时，设备在正常工作状态下连接到电源或信号线路，LISN通过其接入电源线路来测量干扰信号的大小。

信号通过频谱分析仪分析，以确保发出的电磁干扰信号符合标准要求。

关键指标：

传导干扰电压(dBμV)：以dBμV表示，测量设备通过电源线或信号线传导的电磁干扰强度。

传导干扰电流(dBμA)：根据不同产品类别和应用场景，电磁干扰的限值会有所不同。例如，CISPR 16标准就对传导发射的限值做出了详细规定。

2.3 抗扰度测试系列

抗扰度测试旨在评估设备在电磁干扰环境中的抗干扰能力，确保在受到外部干扰时仍能稳定运行。常见的抗扰度测试项目包括静电放电(ESD)、辐射抗扰度(RS)、电快速瞬变(EFT)等。

有人说过，世界上只有两种电子工程师：经历过电磁干扰的和没有经历过电磁干扰的。伴随着PCB信号频率的提升，电磁兼容设计是我们电子工程师不得不考虑的问题。面对一个设计，当进行一个产品和设计的EMC分析时，有以下5个重要属性需考虑：

关键器件尺寸：产生辐射的发射器件的物理尺寸。射频(RF)电流将会产生电磁场，该电磁场会通过机壳泄漏而脱离机壳。PCB上的走线长度作为传输路径对射频电流具有直接的影响。

阻抗匹配：源和接收器的阻抗，以及两者之间的传输阻抗。

干扰信号的时间特性：这个问题是连续(周期信号)事件，还是仅仅存在于特定操作周期(例如单次事件可能是某次按键操作或者上电干扰，周期性的磁盘驱动操作或网络突发传输)。

干扰信号的强度：源能量级别有多强，并且它产生有害干扰的潜力有多大。

干扰信号的频率特性：使用频谱仪进行波形观察，观察问题出现在频谱的哪个位置，便于找到问题的所在。

另外，一些低频电路的设计习惯需要注意。例如我惯用的单点接地对于低频应用是非常适合的，但是和公司大牛聊天，发现不适合于射频信号场合，因为射频信号场合存在更多的EMI问题。相信有些工程师会将单点接地应用到所有产品设计中，而没有认识到使用这种接地方法可能会产生更多或更复杂的电磁兼容问题。

我们还应该注意电路组件内的电流流向。由电路知识我们知道，电流从电压高的地方流向低的地方，并且电流总是通过一条或更多条路径在一个闭环电路中流动，因此有个很重要的规律：设计一个最小回路。针对那些测量到干扰电流的方向，通过修改PCB走线，使其不影响负载或敏感电路。那些要求从电源到负载的高阻抗路径的应用，必须考虑返回电流可以流过的所有可能的路径。

我们还需要注意PCB走线。导线或走线的阻抗包含电阻R和感抗，在高频时有阻抗，没有容抗。当走线频率高于100kHz以上时，导线或走线变成了电感。在音频以上工作的导线或走线可能成为射频天线。在EMC的规范中，不容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作(天线的设计长度等于某一特定频率的λ/4或λ/2)。如果不小心设计成那样，那么走线就变成了一根高效能的天线，这让后期的调试变得更加棘手。

最后说说PCB的布局问题：

第一：要考虑PCB的尺寸大小。PCB的尺寸过大时，随着走线的增长使系统抗干扰能力下降，成本增加，而尺寸过小容易引起散热和互扰的问题。

第二：再确定特殊元件(如时钟元件)的位置(时钟走线最好周围不铺地和不走在关键信号线的上下，避免干扰)。

第三：依据电路功能，对PCB整体进行布局。在元器件布局上，相关的元器件尽量靠近，这样可以获得较好的抗干扰效果。

1、为什么要对产品做电磁兼容设计?

答：满足产品功能要求、减少调试时间，使产品满足电磁兼容标准的要求，使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。

2、对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行?

答：电路设计(包括器件选择)、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。

3、在电磁兼容领域，为什么总是用分贝(dB)的单位描述?

答：因为要描述的幅度和频率范围都很宽，在图形上用对数坐标更容易表示，而dB 就是用对数表示时的单位。

4、关于EMC，我了解的不多，但是现在电路设计中数据传输的速率越来越快，我在制作PCB板的时候，也遇到了一些PCB的EMC问题，但是觉得太浅。我想好好在这方面学习学习，并不是随大流，大家学什么我就学什么，是自己真的觉得EMC在今后的电路设计中的重要性越来越大，就像我在前面说的，自己了解不深，不知道怎么入手，想问问，要在EMC方面做的比较出色，需要有哪些基础知识，应该学习哪些基础课程。如何学习才是一条比较好的道路，我知道任何一门学问学好都不容易，也不曾想过短期内把他搞通，只是希望给点建议，尽量少走一些弯路。

答：关于EMC需要首先了解一下EMC方面的标准，如EN55022(GB9254)，EN55024，以及简单测试原理，另外需要了解EMI元器件的使用，如电容，磁珠，差模电感，共模电感等，在PCB层面需要了解PCB的布局、层叠结构、高速布线对EMC的影响以及一些规则。

还有一点就是对出现EMC问题需要掌握一些分析与解决思路。这些今后是作为一个硬件人员必须掌握的基本知识!

5、一个刚涉足PCB设计的新手，想请教一下，要想做好PCB设计应该多多掌握哪方面的知识?另外，在PCB设计中遇到的关于安规方面的知识一般在哪里能找到?盼望您的指点，不胜感激!

答：对于PCB设计应该掌握：

① 熟悉与掌握相关PCB设计软件，如POWERPCB/CANDENCE等;

② 了解熟悉所设计产品的具体架构，同时熟悉原理图电路知识，包含数字与模拟知识;

③ 掌握PCB加工流程、工艺、可维护加工要求;

④ 掌握PCB板高速信号完整性、电磁兼容(emi与ems)、SI、PI仿真设计等相关的知识;

⑤ 如果相关工作涉及射频，还需掌握射频知识;

⑥ 对于PCB设计地的安规知识主要看GB4943或UL60950，一般的绝缘间距要求通过查表可以得到!

6、电磁兼容设计基本原则

答：电子线路设计准则电子线路设计者往往只考虑产品的功能，而没有将功能和电磁兼容性综合考虑，因此产品在完成其功能的同时，也产生了大量的功能性骚扰及其它骚扰。