電磁兼容基礎(chǔ)知識及基本名詞解釋

電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計算機、通信、航空航天、鐵路交通、電力、**以至人民生活各個方面。
    在當(dāng)今信息社會，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，一個系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜，因此，電磁兼容問題日顯重要。
電磁兼容EMC（ElectroMagnetic Compatibility）
電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。
    因此，EMC包括兩個方面的要求：
    一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；
    另一方面是指設(shè)備/器件對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。   
    國際電工委員會標準IEC對電磁兼容的定義是：系統(tǒng)或設(shè)備在所處的電磁環(huán)境中能正常工作，同時不對其他系統(tǒng)和設(shè)備造成干擾。
各種運行的電力設(shè)備之間以電磁傳導(dǎo)、電磁感應(yīng)和電磁輻射三種方式彼此關(guān)聯(lián)并相互影響，在一定的 條件下會對運行的設(shè)備和人員造成干擾、影響和危害。20世紀80年代興起的電磁兼容EMC學(xué)科以研究和解決這一問題為宗旨，主要是研究和解決干擾的產(chǎn)生、 傳播、接收、抑制機理及其相應(yīng)的測量和計量技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟*合理的原則，對產(chǎn)生的干擾水平、抗干擾水平和抑制措施做出明確的規(guī)定，使處于同一電磁環(huán)境的設(shè)備都是兼容的，同時又不向該環(huán)境中的任何實體引入不能允許的電磁擾動。
電磁干擾(ElectroMagnetic Interference)，簡稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
    傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；
    輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。
    為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工 作，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標準，符合這些規(guī)章或標準的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性 EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標準不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國政府或經(jīng)濟組織，保護自己利益經(jīng)常采取的手段。
所謂電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級的電磁現(xiàn)象。而所謂電磁干擾是指因電磁干擾而引起的設(shè)備或系統(tǒng)的性能下降。
EMC包括EMI(電磁干擾)及EMS(電磁耐受性)兩部份，所謂EMI電磁干擾，乃為機器本身在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中所產(chǎn)生不利于其它系統(tǒng)的電磁噪聲；而EMS乃指機器在執(zhí)行應(yīng)有功能的過程中不受周圍電磁環(huán)境影響的能力。
進行電磁兼容兼容（包括電磁干擾和電磁耐受性）的檢測與試驗的機構(gòu)有航天環(huán)境可靠性試驗中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗服務(wù)中心等實驗室。
電磁——發(fā)射“從源向外發(fā)出電磁能的現(xiàn)象?！痹诖?，“發(fā)射”與通信工程學(xué)中常用的“發(fā)射”含義并不完全相同。電源兼容中的發(fā)射既包含傳導(dǎo)發(fā)射，也包括輻射發(fā)射，而通信中的發(fā)射主要指輻射發(fā)射；電磁兼容中的發(fā)射常常是無意的，因而常常并不存在有意制做的發(fā)射部分，一些本來做其他用途的部件如電線、電纜等充當(dāng)了發(fā)射的角色，而通信中則是由無線發(fā)射臺產(chǎn)生并精心設(shè)計及制作發(fā)射部件如天線、探頭等。" 通信中的發(fā)射也使用，但更多的是使用性能降低裝置、設(shè)備或系統(tǒng)的工作性能與正常性能的非期望
偏離?！?br>     應(yīng)注意，此種非期望偏離! 指向壞的方向偏離" 并不意味著一定會被使用者覺察，但也應(yīng)視為性能降低。舉例說明如下：例如，一個接收靈敏度指標為3!4 的手機，在可以使天線終端即接收機輸入端" 獲得35!4 的有用信號場中工作，顯然，此時手機工作正常。若由于某種電磁干擾!例如大干擾信號阻塞使該手機的靈敏度壞至6!4，此時應(yīng)視為該機工作性能已降低，但使用者并不會覺察到通信質(zhì)量下降。因其工作地點的場強足夠強，使送至接收機的信號!35!4仍大于已受干擾的、靈敏度已下降的接收機的要求!6!4"的緣故。
電磁騷擾“任何可能引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低或?qū)τ猩驘o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。注：電磁騷擾可能是電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。”
電磁干擾“電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降?！庇梢陨蟽蓚€術(shù)語可見：電磁騷擾僅僅是電磁現(xiàn)象，即指客觀存在的一種物理現(xiàn)象。它可能引起降級或損害，但不一定已經(jīng)形成后果。而電磁干
擾是由電磁騷擾引起的后果。過去在術(shù)語上并未將物理現(xiàn)象與其造成的后果劃分明確，統(tǒng)稱為干擾! 只是進入九十年代，5 年發(fā)布后，才明確引入了這一述語，為了與過去慣用的干擾一詞明確分開中譯文稱之為“騷擾”。這一文件還擴大了電磁騷擾的范疇，過去稱之為電磁干擾的常僅指電磁噪聲。現(xiàn)在電磁騷擾還包括了無用信號，例如：對于受尋呼臺干擾的電視頻道而言，該尋呼臺信號對尋呼系統(tǒng)是有用信號，但對**擾的電視頻道則為無用信號。此外電磁騷擾還包括了傳播媒介自身的變化，這屬于無源騷擾。例如：對短波通信電離層的變化9 對微波通信空氣中雨、霧的影響等。
電磁噪聲“一種明顯不傳送信息的時變電磁現(xiàn)象，它可能與有用信號疊加或組合。”以上各條術(shù)語中，使用了“電磁”一詞，其中還有一些術(shù)語帶有“無線電頻率”一詞，例如：“無線電頻率噪聲”、無線電! 頻率干擾”、“無線電頻率" 騷擾”等等。兩者的差別主要在頻率范圍。一般可以認為無線電頻率從35HIJ 開始向上。而“電磁”現(xiàn)象則包括所有的頻率，除包括無線電頻率之外，還包括所有的低頻包括直流電
磁現(xiàn)象。
電磁環(huán)境“存在于給定場所的所有電磁現(xiàn)象和總和。”“給定場所”即“空間”L “所有電磁現(xiàn)象”包括了全部“時間”與全部“頻譜”。
無用信號“可能損害有用信號接收的信號?！?br> 一． 電路板整體布局及器件布置
1．一個產(chǎn)品的成功與否，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量，二是兼顧整體的美觀，兩者都較上乘才能認為該產(chǎn)品是成功 的；在一個PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉，過孔要盡量少；電路板的*佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3；4 層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟條件允許時盡量用多層板。
2．電路板一般分模擬電路區(qū)（怕干擾），數(shù)字電路區(qū)（怕干擾、又產(chǎn)生干擾），功率驅(qū)動區(qū)（干擾源），故步板時要合理地分成三區(qū)。
3．器件一般選擇功耗低，穩(wěn)定性好的器件，而且盡量少用高速器件。
4．線條有講究：有條件做寬的線決不做細；高壓及高頻線應(yīng)園滑，不得有尖銳的倒角，拐彎也不得采用直角。地線應(yīng)盡量寬，*好使用大面積敷銅，這對接地點問題有相當(dāng)大的改善。
 5．外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾，使電磁兼容檢測不能達標。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中， 選用頻率低的單片機是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機為例，*短指令周期1?s時，外時鐘是12MHz。而同樣速度的Motorola 單片機系統(tǒng)時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。近年來，一些生產(chǎn)8051兼容單片機的廠商也采用了一些新技術(shù)，在不犧牲運算速度的前提下將對外時鐘的 需求降至原來的1/3。而Motorola 單片機在新推出的68HC08系列以及其16/32位單片機中普遍采用了內(nèi)部鎖相環(huán)技術(shù)，將外部時鐘頻率降至32KHz，而內(nèi)部總線速度卻提高到8MHz 乃至更高。
6．布線要有合理的走向：如輸入/輸出，交流/直流，強/弱信號，高頻/低頻，高壓/低壓等...，它們的走向應(yīng)該是呈線形的(或 分離)，不得相互交融。其目的是防止相互干擾。*好的走向是按直線，但一般不易實現(xiàn)，*不利的走向是環(huán)形。對于是直流，小信號，低電壓PCB設(shè)計的要求可 以低些。所以“合理”是相對的。上下層之間走線的方向基本垂直。整個板子的不想要均勻，能不擠的不要擠在一齊。
7．在器件布置方面與其它邏輯 電路一樣，應(yīng)把相互有關(guān)的器件盡量放得靠近些，這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發(fā)生器、晶振和CPU的時鐘輸入端都易產(chǎn)生噪聲，要相互靠近些,特別是 晶振下方不要走信號線。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠離邏輯電路，如有可能，應(yīng)另做電路板，這一點十分重要。
二． 地線技術(shù)
 　1．模擬電路和數(shù)字電路在元件布局圖的設(shè)計和布線方法上有許多相同和不同之處。模擬電路中，由于放大器的存在，由布線產(chǎn)生的極小噪聲電壓，都會引起輸出 信號的嚴重失真，在數(shù)字電路中，TTL噪聲容限為0.4V～0.6V,CMOS噪聲容限為Vcc的0.3～0.45倍,故數(shù)字電路具有較強的抗干擾的能 力。良好的電源和地總線方式的合理選擇是儀器可靠工作的重要保證，相當(dāng)多的干擾源是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾*大。
2．?dāng)?shù)字地與模擬地分開（或一點接地），地線加寬，要根據(jù)電流決定線寬，一般來說越粗越好（100mil線經(jīng)約通過1到2A的電流）。地線＞電源線＞信號線是線寬的合理選擇。
3．電源線和地線盡可能靠近，整塊印刷板上的電源與地要呈“井”字形分布，以便使分布線電流達到均衡。
4．為減少線間串?dāng)_，必要時可增加印刷線條間距離，在其安插一些零伏線作為線間隔離。特別是輸入輸出信號間，
三． 去耦、濾波、隔離三大技術(shù)
1．去耦、濾波、隔離是硬件抗干擾常用的三大措施。
  2．電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能，接100uF以上的更好；原則上每個集成電路芯片都應(yīng)布置一個0.01pF的瓷片電容，如 遇印制板空隙不夠，可每4~8個芯片布置一個1~10pF的但電容；對于抗噪能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；

3．濾波指各類信號按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通 濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓50周的交流電順利通過，將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地。低通濾波器的配置指標是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過低 起不到抑制噪聲的作用，而過高的插入損耗會導(dǎo)致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身**性。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對信號的處理要求選擇使用。

4．典型的信號隔離是光電隔離。使用光電隔離器件將單片機的輸入輸出隔離開，一方面使干擾信號不得進入單片機系統(tǒng)，另一方面單片機系統(tǒng)本身的噪聲也不會以傳導(dǎo)的方式傳播出去。屏蔽則是用來隔離空間輻射的，對噪聲特別大的部件，如開關(guān)電源，用金屬盒罩起來，可減少噪聲源對單片機系統(tǒng)的干擾。對特別怕干擾的模 擬電路，如高靈敏度的弱信號放大電路可屏蔽起來。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地.