前言

經常聽到某些產品需要各種各樣的認證，或者在產品標簽上看到各種認證的標簽貼紙。例如，中國強制性的3C認證，另有美國的UL、歐洲CE等。這些認證既需要對產品的功能、性能參數進行測試，也需要對安規和EMC進行測試。本文將講解安規和EMC的測試內容，使工程師在設計時，能夠有目的地設計。一個產品的安規和EMC問題，不僅僅是PCB工程師的職責，也是結構工程師的職責(輻射發射、輻射抗擾度、靜電）。安規和EMC是一項系統工程，不能僅靠在測試中整改，而應貫穿需求分析、原理圖設計、PCB設計、結構設計之中。

何為安規、EMC

安規主要是對產品安全性方面的測試和要求，例如阻燃性、絕緣性、漏電、防塵防水等。

EMC（Electromagnetic Compatibility）電磁兼容性，指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行，并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁騷擾的能力。EMC=EMI（Electromagnetic Interference）電磁干擾+EMS（Electromagnetic Susceptibility）電磁抗干擾。如果是非高頻和射頻設備，EMC主要是電源方面的EMI（輻射 和傳導）問題。

設計前的準備

《產品需求說明書》：明確產品的功能、性能參數、安規標準和EMC標準。

安規標準文件

EMC標準文件

1、EMC的基本測試項目

上面是EMC的所有項目：

輻射RE(Radiated Emission）:測試場地要求比較高，一般使用EMC暗室代替開闊場地測量。EMC暗室只有地面為反射面，其他面都安裝吸波材料，測試時，人員等不在暗室內，防止有干擾。輻射測量的信號在30MHz-1GHz。注意頻率，在150KHz～30MHz的干擾信號主要通過傳導泄漏，輻射量比較小（原因是信號波長有關）。

傳導CE（Conducted Emission）：傳導測量信號頻率在150KHz-30MHz。試驗前，接好所有線纜（電源、通信、IO等），待設備工作正常穩定后，測試線纜上的傳導騷擾。

諧波（Harmonics）：設備工作時，向電網中傳輸的電源高次諧波的強度。難點

電源閃爍（Flickers）：

靜電放電ESD（Electrostatic Discharge）：包含直接放電和間接放電。直接放電時對產品直接打靜電，模擬的是人體和其他帶電設備對產品進行放電時的情況。直接放電分為：接觸放電、空氣放電。產品外殼是金屬部分的，需要放電槍直接接觸金屬部位，塑料外殼需要空氣放電。間接放電比較有意思，把設備放在水平耦合板和垂直耦合板間，放電槍在耦合板上接觸放電，這樣在耦合板上就會形成電場，對設備進行干擾。

輻射抗干擾RS（Radiated Susceptibility）：在暗室，使用天線對設備進行輻射發射，測試。

電快速瞬變脈沖群EFT/B：設備附近或者設備所處的電網中，有感性負載切斷時，產生的脈沖。使用耦合板耦合在通訊和電源線上，脈沖群的能量會耦合到線纜上，產生電荷積累，對于沒有大地的設備（浮地系統），積累到一定程度，會導致數字邏輯電平錯亂、設備損壞等。

浪涌試驗（Surge）：對電源和信號都需要做浪涌測試。浪涌的能量遠大于脈沖群和靜電。干擾頻率寬度比較窄。一般使用壓敏電阻和保險電阻抑制。

傳導騷擾抗擾度CS（Conducted Susceptibility）：

工頻磁場試驗PMS（Power-frequency Magnetic Susceptibility）：50Hz工頻磁場（例如大型變壓設備）下對設備的影響，主要影響設備中的一些磁性設備，如線圈、霍爾器件。

電壓跌落/短時中斷DIP/interruptions：指設備所在的電網中突然接入大功率設備，導致電網電壓變低對設備的影響。IEEE中定義，電網電壓跌落10%~90%，持續10ms-1min后恢復正常。電網短路一般跌落幅度30%，輸電線在絕緣子處發生閃絡，或對地放電，一般跌落幅度60%。跌落、短時中斷都會導致繼電器復位、通訊錯亂、不顯示、設備復位等，需要添加大電容進行儲能，扛過中斷和跌落。

詳細解釋參考閱讀：EMC常見測試項目

2、產品對EMC的標準要求？

中國強制3C認證，美國的UL、歐洲CE等。標準中對不同類型的產品有不同的等級，例如靜電有6kV、8kV、12kV、15kV等級別，按照具體需求進行EMC試驗。

3、產品EMC整改的思路？

要分析上述11中測試中，如何進行設計，才能提出如何整改。

輻射RE(Radiated Emission）?

根源：EMI是高頻電流回路形成。走線長度大于波長的1/20，就會成為天線。

測試：在內部可以先對設備進行測試，使用頻譜儀，在設備開機和關機時各測試一次，結果相減，去除環境噪聲的影響。在設備內部，使用近場探頭，追蹤定位EMI的源。另外，瞬態EMI可能不好測試，但可能會引起復位、死機、通訊錯誤等。

消除：傳播路徑、源頭方面考慮。

源頭：層疊設計、地平面的完整（布局、走線）、電源濾波、布線（阻抗連續）、提高頻信號上升沿和下降沿的時間。

傳導CE（Conducted Emission）

諧波（Harmonics）

電源閃爍（Flickers）

靜電放電ESD（Electrostatic Discharge）：?

輻射抗干擾RS（Radiated Susceptibility）

電快速瞬變脈沖群EFT/B：?

浪涌試驗（Surge）：?

傳導騷擾抗擾度CS（Conducted Susceptibility）

工頻磁場試驗PMS（Power-frequency Magnetic Susceptibility）：?

電壓跌落/短

4、產品整改時常用元器件的使用？

共模電感

共模電感用于抑制共模干擾（指在兩根信號線上產生的幅度相等，相位相同的噪聲）。注意，下圖中的繞線方向。

當共模干擾從左向右經過時，根據右手螺旋法則，可以知道上面的線，產生的磁場是繞著鐵氧體順時針，下面的線，一樣。這樣，兩個線圈就會產生比較大的感抗，阻礙共模干擾信號的流出。

當正常信號經過時，例如電流，上面的線是電源正，下面的線是電源負，上面的線電流從左到右走，下面的線從右到左走。這樣，兩個線圈會產生方向相反的磁場，并抵消掉。所以，電感主要表現出阻抗。

共模電感在選用時，應考慮

瞬時大電流經過時，磁芯會不會飽和，要選用電流合適的共模電感。

高電壓經過時，漆包線的絕緣漆會不會被擊穿。漆包線的耐壓應該要測試，不能全信供應商。

線圈要盡可能單層，減小線圈的寄生電容。

共模電感的抑制頻率。主要根據使用環境中的共模干擾頻率決定。

由于繞線不能完全封閉，會產生部分差模電感，有時需要人為增加此部分差模電感，抑制差模干擾。

電感

電感可以抑制高頻信號，其等效電路如下：

電感量越大，其分布電容也越大，導致其對高頻信號的抑制作用降低，所以，電感的電感量是隨著信號的頻率變化的，在某個頻率點，阻抗才會達到最大。在選型時，應該查看其頻率電感特性曲線。

電感量越大，其諧振頻率越低。也就是說，其分布電容諧振在這個頻率點對交流的直通作用，抵消了電感的阻抗。

如果我們還要對抑制頻率進一步提高，那么我們最后選用的電感線圈就只好是它的最小極限值，只有1圈或不到1圈了。磁珠，即穿心電感，就是一個匝數小于1圈的電感線圈。但穿心電感比單圈電感線圈的分布電容小好幾倍到幾十倍，因此，磁珠比單圈電感線圈的工作頻率更高。

磁珠

磁珠是鐵氧體材料，高頻流過時，由于高感抗，轉化成熱能，低頻信號可以經過。與普通電感相比，具有更好的高頻抑制效果。

磁珠廣泛應用在電源、信號線路上，可以抑制靜電脈沖等。磁珠的單位是歐姆，可以在datasheet上查看頻率阻抗特性曲線圖，比如100MHz的頻率下，阻抗位1000歐姆，通常選用600歐姆阻抗以上的。另外，需要降額80%使用，另外，用在電源線路上，應考慮直流阻抗產生的壓降。

一般磁環居里溫度110℃，達到這一溫度以后立刻失去磁性，有如空氣介質一般；恢復室溫以后，磁性能發生了永久性改變，磁導率降低了10%。所以，在大功率電路中應用時，應該考慮這種可能出現的溫度環境，放置器件失效。

濾波電容

濾波電容在高頻應用時，應考慮其諧振（同物理意義上的共振）。對于高頻噪聲提供一個旁路，流通到地。

普通陶瓷電容的電容量會隨著溫度的變化而變化，但穿心電容更接近理想電容，在數百兆Hz~1GHz，具有很好的旁路作用。穿心電容怕高溫和溫度沖擊，所以在焊接時，容易造成損壞。另外，穿心電容是三端電容：入、出、地。

5、EMC設計如何在設計過程的各階段開展？

電路設計（包括器件選型）、軟件設計、線路板設計、屏蔽結構、信號線電源線濾波、電路接地方式。

Tips：電磁兼容領域，要描述的幅度和頻率范圍都很寬，在圖形上用對數坐標更容易表示，而 dB 就是用對數表示。

對于功率，dB=10log()，對于電壓和電流，dB=20log()。

例如：X = 100000 = 10*log(10^5) = 50 dB ??X = 0.000000000000001 = 10*log(10^-15) = -150 dB ? ??減法：10dB-5dB，實際就是兩個數值的相除，例如信噪比。

如何設計好EMC:

設計人員的水平

公司EMC設計規范

公司EMC負責人

在設計前期解決EMC問題

系統流程法(System Flow Method)

系統流程法，即主要在研發流程中融入 EMC 設計理念，在產品設計的各個階段進行 EMC 設計控制，把可能出現的 EMC 問題在研發前期進行考慮；設計過程中主要
從產品的電路（原理圖、PCB 設計），結構與電纜，電源模塊，接地等方面系統考慮 EMC 問題，針對可能出現 EMC 問題進行前期充分考慮，從而確保產品樣品出來后能夠一次性通過測試與認證！

產品總體方案設計

產品詳細方案設計

產品原理圖設計

產品PCB設計

產品結構設計

產品初樣試裝

產品EMC摸底驗證

產品認證

設計Tips

1、設計階段進行EMC設計，成本和效果是最好的。

2、高頻電流環路面積越大，EMI越嚴重。高頻信號電流流經電感最小路徑。當頻率較高時，一般走線電抗大于電阻，連線對高頻信號就是電感，串聯電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測設備上的高頻電流環路產生的，最惡劣的情況就是開路之天線形式。對應處理方法就是減少、減短連線，減小高頻電流回路面積，盡量消除任何非正常工作需要的天線，如不連續的布線或有天線效應之元器件過長的插腳。

3、環路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴重，電磁輻射場強隨電流頻率f的平方成正比增大。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要途徑之二，就是想方設法減小騷擾源高頻電流頻率f，即減小騷擾電磁波的頻率f。