電磁兼容性(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中滿足要求而不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)要求：一方面，設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)環(huán)境的電磁干擾不得超過(guò)一定的限值；另一方面，設(shè)備對(duì)環(huán)境中的電磁干擾具有一定的抗干擾性，即電磁敏感性。

電磁干擾源類型：

電磁干擾源種類繁多，可以根據(jù)不同的方法進(jìn)行分類。直接影響測(cè)量和測(cè)量設(shè)備的干擾源可分為自然干擾源和人工干擾源。

自然干擾源包括：

(1)大氣噪聲干擾:如雷電產(chǎn)生的火花放電。屬于脈沖寬帶干擾，覆蓋Hz至100mHz以上。傳播距離相當(dāng)遠(yuǎn)。

(2)太陽(yáng)噪聲干擾：指太陽(yáng)黑子的輻射噪聲。在太陽(yáng)黑子活動(dòng)期間。黑子的爆發(fā)。會(huì)產(chǎn)生比穩(wěn)定期高數(shù)千倍的強(qiáng)烈噪聲。導(dǎo)致通信中斷。

(3)寧宙噪聲:指宇宙天體的噪聲。

(4)靜電放電：人體。設(shè)備上積累的靜電電壓可達(dá)數(shù)萬(wàn)伏至數(shù)十萬(wàn)伏。它通常通過(guò)電暈或火花釋放，稱為靜電放電。靜電放電產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬時(shí)電流和電磁脈沖，會(huì)對(duì)靜電敏感器件和設(shè)備造成損壞。靜電放電是脈沖寬帶干擾。頻譜成分從直流到連續(xù)劍的頻率段。

人工干擾源是指由電氣、電子設(shè)備和其他人工設(shè)備引起的電磁干擾。這里提到的人工干擾源是指無(wú)意識(shí)的干擾。至于故意實(shí)現(xiàn)某種目的的干擾，如電子對(duì)抗圍。

人工干擾源包括：

(1)無(wú)線電發(fā)射設(shè)備：包括移動(dòng)通信系統(tǒng)、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航和無(wú)線電接力通信系統(tǒng)，如微波接力、衛(wèi)星通信等。由于發(fā)射功率大，基波信號(hào)會(huì)產(chǎn)生功能干擾；諧波和真實(shí)發(fā)射構(gòu)成非功能無(wú)用信號(hào)干擾。

(2)工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療(ISM)設(shè)備:如感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻焊機(jī)、x光機(jī)、高頻理療設(shè)備等。除了空間輻射干擾外，強(qiáng)大的輸出功率還通過(guò)工頻電網(wǎng)干擾遠(yuǎn)處設(shè)備。

(3)電力設(shè)備：包括伺服電機(jī)、電鉆、繼電器、電梯等設(shè)備。斷開的電流劇變和相關(guān)的電火花成為干擾源：電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載（如電弧爐等）。間斷電源（UPS）等同態(tài)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備產(chǎn)生大量諧波涌入電網(wǎng)，成為干擾源：熒光燈等照明設(shè)備也產(chǎn)生光放電噪聲干擾。

(4)汽車.內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng):汽車點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生寬帶干擾，干擾強(qiáng)度幾乎從幾百千赫到幾百兆赫不變。

(5)電網(wǎng)干擾：指50Hz交流電網(wǎng)強(qiáng)電磁場(chǎng)、地漏電流、高壓輸電線電暈、絕緣斷裂、污染導(dǎo)體表面的電火花。

(6)高速數(shù)字電子設(shè)備:包括計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備。

就上述電磁干擾源產(chǎn)生的機(jī)制而言，有：放電噪聲（雷電、靜電放電、光放電等）。接觸噪聲、電路過(guò)渡現(xiàn)象、電磁波反射現(xiàn)象等。電磁波反射在傳輸線和數(shù)字設(shè)備必須認(rèn)真對(duì)待的干擾源。

電磁干擾的危害：

• 干擾電視觀看、收聽廣播收音機(jī)。

• 數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中丟失。

• 破環(huán)在設(shè)備分系統(tǒng)或系統(tǒng)級(jí)正常工作。

• 醫(yī)療電子設(shè)備工作異常。

• 自動(dòng)微處理器控制系統(tǒng)失控。

• 導(dǎo)航系統(tǒng)工作異常。

• 起爆裝置無(wú)意爆炸。

• 工業(yè)過(guò)程控制功能失效。

除此之外，強(qiáng)電場(chǎng)還會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生影響，一般可分為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。對(duì)于熱效應(yīng)，隨著射頻入射功率密度的逐漸增加，血流可能會(huì)加快。血液分布較少的局部體溫升高。酶活性降低。蛋百質(zhì)變性。心率變化，甚至體溫調(diào)節(jié)能力受到抑制。局部組織受損直至死亡。對(duì)于非熱效應(yīng)，它有更廣泛的影響。包括對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、血液免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和胚胎發(fā)育的影響。這些影響不僅反映在個(gè)體級(jí)、器官級(jí)和細(xì)胞級(jí)。

電磁兼容設(shè)計(jì)要求：

①明確了系統(tǒng)的電磁兼容性指標(biāo)。電磁兼容性設(shè)計(jì)包括電磁干擾環(huán)境和系統(tǒng)干擾其他系統(tǒng)的允許指標(biāo)。

②在了解系統(tǒng)干擾源、被干擾對(duì)象和干擾方式的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析將這些指標(biāo)分級(jí)分配給各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、電路、元件和設(shè)備。

③根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高電路抗干擾能力。

④通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是否符合原指標(biāo)要求。如果不符合要求，應(yīng)采取進(jìn)一步措施，多次循環(huán)，直至達(dá)到原指標(biāo)。

電磁兼容的主要研究對(duì)象：

①各種人為噪聲，如輸電線路電暈噪聲、汽車噪聲、接觸器本身的噪聲、導(dǎo)體打開時(shí)放電引起的噪聲、電氣機(jī)車噪聲、城市噪聲等。

②共用走廊內(nèi)各種公用事業(yè)設(shè)備(輸電線、通信、鐵路、公路、石油金屬管道等。)相互影響。

③超高層建筑、輸電線、鐵塔等大型建筑引起的反射問(wèn)題。

④電磁環(huán)境對(duì)人類和各種生物的影響。包括強(qiáng)電線等工頻場(chǎng)，中短波和微波電磁輻射。

⑤核電磁脈沖的影響。高空核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖可以大面積破壞地面上的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和報(bào)告系統(tǒng)。

⑥探譜(TEMPEST)技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是從信息接收和保護(hù)兩個(gè)方面開展的一系列研究工作。

⑦電子設(shè)備的誤動(dòng)作。為防止誤動(dòng)作，必須采取措施提高設(shè)備的抗干擾能力。

⑧頻譜分配與管理。無(wú)線電頻譜是一種有限的資源，但不是消耗性的，既要科學(xué)管理，又要充分利用。

⑨電磁兼容性和測(cè)量。

⑧自然影響等。

電磁兼容測(cè)量的基本方法：

1.電磁輻射發(fā)射測(cè)量系統(tǒng)

電磁場(chǎng)輻射測(cè)量是測(cè)量電氣設(shè)備的電磁輻射強(qiáng)度。

2.電磁輻射敏感度測(cè)試系統(tǒng)：其測(cè)量方法主要包括以下幾種。

1)用發(fā)射天線騷擾電磁場(chǎng)，

2)用TEM室或GTEM室騷擾電磁場(chǎng)，

3)用混響室騷擾電磁場(chǎng)，

4)磁場(chǎng)由亥姆霍茲線圈產(chǎn)生。

3.傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量系統(tǒng)：有以下測(cè)量方法：

1)通過(guò)線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN，

2)用電流探頭測(cè)量電源線上的干擾電源，

3)通過(guò)電源吸收鉗測(cè)量電源線上的干擾功率。

4.傳導(dǎo)敏感性測(cè)試系統(tǒng)：通過(guò)以下方法進(jìn)入干擾信號(hào)。

1)干擾信號(hào)通過(guò)變壓器進(jìn)入被測(cè)線路，

2)干擾信號(hào)通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入被測(cè)線路，

3)通過(guò)注入探頭向被測(cè)線輸入干擾信號(hào)。

提高電磁兼容性的措施：

①使用完美的屏蔽體可以防止外部輻射進(jìn)入系統(tǒng)，也可以防止系統(tǒng)的干擾能量向外輻射。屏蔽體應(yīng)保持完整性，必要的門、接縫、通風(fēng)孔和電纜孔應(yīng)妥善處理，屏蔽體應(yīng)接地可靠。

②設(shè)計(jì)合理的接地系統(tǒng)、小信號(hào)、大信號(hào)和干擾電路，接地電阻盡可能小。

③采用適當(dāng)?shù)臑V波技術(shù)，合理選擇濾波器的通帶，盡量減少漏電損失。

④采用限幅技術(shù)，限幅電平應(yīng)高于工作電平，并應(yīng)雙向限幅。

⑤正確選擇連接電纜和布線，必要時(shí)用光纜代替長(zhǎng)電纜。

⑥采用平衡差動(dòng)電路、整形電路、積分電路、選通電路等技術(shù)。

⑦系統(tǒng)頻率分配應(yīng)適當(dāng)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)主頻信號(hào)工作時(shí)，盡量避免每個(gè)信號(hào)頻率，甚至避免對(duì)方的諧振頻率。

⑧共用走廊的各種設(shè)備在條件允許時(shí)應(yīng)保持較大的隔離，以減少相互影響。

實(shí)施電磁兼容：

1.電源：由于許多電磁干擾通過(guò)電源耦合到電子設(shè)備中，因此在系統(tǒng)電源中進(jìn)行了特殊的電磁兼容性設(shè)計(jì)。增加有效的變壓器、穩(wěn)壓器和濾波電路，使用高效的開關(guān)電源芯片和穩(wěn)壓濾波效果良好的低壓差線性電源芯片，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。

2.使用去耦電容器：在每個(gè)集成電路的電源之間增加一個(gè)去耦電容器。去耦電容器有兩個(gè)功能：一方面是集成電路的蓄能電容器，提供和吸收集成電路的充放電能；另一方面，設(shè)備的高頻噪聲。

3.地線分離：采用四層電路板設(shè)計(jì)，減少電源和地面寄生電感，有效提高系統(tǒng)的EMC性能。單獨(dú)的電源層和地層可以有效地防止設(shè)備通過(guò)地線與電源之間的耦合。此外，對(duì)不同性質(zhì)的地線采用分離方法，使不同屬性的地線電流走不同的路徑，防止信號(hào)串?dāng)_。

通信接口：系統(tǒng)485.232.USB等通信接口外接電纜，與外部設(shè)備直接相關(guān)，易受各種電磁干擾。為了提高這些通信接口的抗干擾能力，磁珠、并聯(lián)壓敏電阻和濾波電容器串聯(lián)在通信信號(hào)線上；

此外，為了增強(qiáng)抗擾性，減少騷擾性，PCB板的布置應(yīng)遵循以下原則：

1.石英晶體振蕩器應(yīng)盡可能靠近時(shí)鐘設(shè)備，時(shí)鐘線應(yīng)盡可能短，外殼應(yīng)接地，時(shí)鐘區(qū)應(yīng)用地線圈起。

不要在石英晶體和對(duì)噪聲敏感的設(shè)備下接線。

2.I/O驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能靠近印刷板，以便盡快離開印刷板。進(jìn)入印刷板的信號(hào)應(yīng)加濾波，高噪聲區(qū)的信號(hào)也應(yīng)加濾波。同時(shí)，采用串終端電阻減少信號(hào)反射。

3.MCU無(wú)用端應(yīng)連接高、接地或定義為輸出端，集成電路上連接電源的端應(yīng)連接，不得懸掛。不要懸掛閑置的門電路。

4.印刷板盡量使用45折線而不是90折線布線，以減少高頻信號(hào)的外部發(fā)射和耦合。

5.正確選擇單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號(hào)的工作頻率小于1mHz，其接線和設(shè)備之間的電感影響較小，接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因此應(yīng)采用一點(diǎn)接地。當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10mHz時(shí)，地線阻抗變得非常大此時(shí)，應(yīng)盡量減少地線阻抗，并采用附近的多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率為1~10mHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，地線長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則采用多點(diǎn)接地法。

6.將數(shù)字電路與模擬電路分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)盡量分開，兩條地線不應(yīng)混合，分別與電源端地線連接。盡量增加線性電路的接地面積。

7.盡量加厚接地線。如果接地線很薄，接地電位會(huì)隨著電流的變化而變化，導(dǎo)致電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)定，抗噪聲性能差。因此，接地線應(yīng)盡可能加厚，以便通過(guò)允許電流的三倍于印刷電路板。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3毫米。

8.將接地線形成閉環(huán)路。在設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的接地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線制成閉環(huán)路可以顯著提高抗噪聲能力。原因是印刷電路板上有許多集成電路組件，特別是當(dāng)電力消耗較多的組件時(shí)，由于接地線厚度的限制，會(huì)在接地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，導(dǎo)致抗噪聲能力下降。如果接地結(jié)構(gòu)形成環(huán)路，將降低電位差，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。

9.選擇合理的導(dǎo)線寬度。由于瞬時(shí)電流在印刷線上的沖擊干擾主要是由印刷線的電感成分引起的，因此應(yīng)盡量減少印刷線的電感。印刷線的電感與其長(zhǎng)度成正比，與其寬度成反比，因此短而精確的導(dǎo)線有利于抑制干擾。時(shí)鐘導(dǎo)線。驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線通常攜帶大的瞬時(shí)電流，印刷線應(yīng)盡可能短。對(duì)于單元電路，印刷線寬度約為1.5mm，可完全滿足要求；對(duì)于集成電路，印刷線寬度可在0.2~1.0mm之間選擇。

10.采用正確的布線策略。平等布線可以減少導(dǎo)線電感，但增加導(dǎo)線之間的互感和分布電容。如果布局允許，最好采用井網(wǎng)布線結(jié)構(gòu)。具體方法是印刷板的一側(cè)水平布線，另一側(cè)垂直布線，然后用金屬孔連接交叉孔。為了抑制印刷板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離平等布線。