EMC概述（2）——什么是电磁兼容性（EMC）？

judy — Thu, 03 Mar 2022 08:21:44 +0000

您应该已经了解了电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS）。在本文中我将介绍这些电磁噪声的传播路径。正如在初级篇中已经介绍过的，电磁噪声的传播方式大致分为两种：一种是传导（Conducted）发射，通过印刷电路板（PCB）和印刷电路板（PCB）之间的布线等传播；另一种是辐射（Radiated）发射，从测试对象（DUT）直接或以印刷电路板（PCB）的布线等为天线通过空间传播。一般情况下，30MHz（兆赫兹）以下被视为传导，30MHz以上被视为辐射。30MHz并非是明确的分隔线，理解为大致的参考线即可。因此，电磁兼容性（EMC）的物理现象大致可以分为以下四种：

电磁兼容性（EMC）
传导发射　(CE：Conducted Emission)
辐射发射　(RE：Radiated Emission)
传导抗扰度　(CI：Conducted Immunity)
辐射抗扰度　(RI：Radiated Immunity)

我曾介绍过设计时必须兼顾电磁干扰（EMI）和电磁敏感性（EMS），但作为物理现象，必须避免以上四种问题。这是一项非常艰巨的工作。事实上，在电磁兼容性（EMC）的国际标准中也是按照这个体系进行分类的。在客户提供的采购规格书中，也按照上述分类规定了电磁兼容性（EMC），并指定了更详细的国际标准。

此外，每种产品都有电磁兼容性（EMC）国际标准，并且分别都有具有代表性的标准。简单总结如下：

具有代表性的电磁兼容性（EMC）国际标准

看到辐射和传导的频率条件时，可能会有人会想“诶？这是怎么回事？”虽然我在前面提到作为一个“参考标准”，“一般情况下，30MHz（兆赫兹）以下被视为传导，30MHz以上被视为辐射”，然而，在实际的国际标准中，有很多标准将1GHz以下规定为传导，也有些标准将150KHz以上规定为辐射。可以理解为，传导测试中之所以规定了超过30MHz的测试，其实是测量范围不仅包括纯粹的传导分量，还包括部分高频段的辐射分量（通过传导测试电路进行测试）。此外，将上限频率提到更高作为自有标准进行标准化的客户也不在少数。

这些国际标准每几年会修订一次。这是因为当发生由电磁兼容性（EMC）问题导致的严重事件时，与其他法律法规一样，为了防止此类事件再次发生，就需要由国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）等相应的组织进行讨论并修改频率范围和测量极限值，修订和发布相应的国际标准。

EMC概述（1）——什么是电磁兼容性（EMC）？

judy — Wed, 02 Mar 2022 03:07:23 +0000

“电磁兼容性（EMC）”主要分为两种，一种是设备本身的电磁噪声对其他设备或人体带来的影响（电磁干扰，EMI：Electromagnetic Interference, Emission），另一种是设备是否会因来自外部的电磁干扰而发生误动作（电磁敏感性EMS：Electromagnetic Susceptibility, Immunity），之所称为“电磁兼容性”，是由于为了避免发生故障，这两方面都要兼顾。

从本文开始，我想围绕“电磁兼容性（EMC）”做一个深入探讨。希望本系列的内容对您有所帮助！

本文的重点是：什么是电磁兼容性（EMC）？当然这也是为了温习一下相应的内容。在初级篇的第１篇中，有过以下介绍：

以文字的形式写成“定义”是这样的，理解起来有点难是吧。下面我将浅显易懂地、直观地解释一下。我将以大家熟悉的半导体集成电路（LSI、IC）为主角进行解说。

首先是电磁干扰（EMI或电磁发射）。如今，已经开发出并且在售的LSI和IC种类繁多。为了便于说明，大致分类如下：

①老式三端电源（7805和7905等）和低饱和电源（LDO）等直流电源相关产品。这些产品要处理的信号是直流（DC）的。
②差分运算放大器（运算放大器）、电压比较器（比较器）、语音信号处理等相关的产品。要处理的信号是基于正弦波的模拟信号和线性信号。
③微控制器、存储器、逻辑等相关的产品。要处理的信号是数字信号。
④最近常用的开关电源和电荷泵电源等电源相关的产品；LED驱动器、LCD驱动器等显示相关的产品；PWM电机驱动器等驱动相关的产品。这些LSI和IC是涉及到开关技术的产品。
其中①和②不产生电磁干扰（EMI），③和④产生电磁干扰（EMI）。可以简单的理解为模拟LSI和线性LSI不会产生电磁噪声，而数字LSI和开关LSI会产生电磁噪声，这样说可能更直观更易懂。

由于直流电压本身没有基波和谐波分量，正弦波中的高次谐波分量（基波的N倍频分量）很少，因此不易产生电磁噪声。而数字LSI和开关LSI是处理矩形波（脉冲波）的产品，因此会产生比如在1GHz（千兆赫兹）左右的高次谐波分量（主要是奇次谐波）。这就是“电磁干扰 (EMI)”的本来面目。换句话说，数字LSI和开关LSI所进行的电路工作会产生电磁干扰（EMI）。当然，其优点是通过数字工作可实现高速、大规模的运算处理，通过低功耗工作可延长电池驱动时间。这些产品之所以能够在世界范围内被广泛使用，因为它们的优点大于缺点。

其次，电磁敏感性（EMS或电磁抗扰度）是半导体集成电路（LSI、IC）对电磁噪声的抵抗能力，要求其足够强以防止误动作。可以从两个角度来看电磁敏感性（EMS）。

首先是从电压轴的角度来思考。制造工艺越来越微细，电源电压越来越低，这也就越来越容易导致误动作。很久以前，5V逻辑IC是主流产品，但现在电源电压为0.9V的产品并不少见。例如，在逻辑IC中，内部阈值电压（IC内部区分H电平和L电平的电压）已从2V降低到0.4V。5V逻辑IC受1V外部电磁噪声的影响是不会产生误动作的，而0.9V逻辑IC则很容易产生误动作。尽管如此，仍然使用0.9V逻辑IC是因为其具有低功耗设计所需的优点。

然后是从频率轴的角度来思考。半导体集成电路（LSI、IC）不能以其单体的形式单独工作，需要安装在印刷电路板（PCB）上组成电路后执行工作。在印刷电路板（PCB）上，包括LSI内部在内，存在很多与布线相关的寄生分量。简单的有寄生电阻R（布线电阻）、寄生电容C（杂散电容）、寄生电感L（直流电感）等。经常听到的比较有代表性的有ESR（Equivalent Series Resistance：等效串联电阻）和ESL（Equivalent Series Inductance：效串联电感）。而寄生分量中最麻烦的是电容分量和电感分量。这是因为存在于LSI内部和整个印刷电路板（PCB）的寄生电容C和寄生电感L会引发谐振现象。LC串联谐振和并联谐振可以发生在从低频到高频的各种频率上。在这些谐振频率上，阻抗会变为零或无穷大，从而形成容易发生误动作的频率。这也是需要很强的电磁敏感性（电磁抗扰度）的原因之一。之所以说是“之一”，是因为还有很多其他原因，比如容易误动作的电路结构和电路板底片等。一般说来，相比电磁干扰（EMI）对策，针对电磁敏感性（EMS）的对策更难，原因是电磁敏感性（EMS）涉及到诸多因素，而要判明其中的哪一个因素是起主要作用的，就需要时间和技巧了。

接下来我想谈谈电磁噪声的传播路径，但是放在这一篇文章里会显得内容过多，所以我会在下一篇中进行讲解。

本文转载自：Rohm

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EMC概述（2）——什么是电磁兼容性（EMC）？

EMC概述（1）——什么是电磁兼容性（EMC）？