电磁兼容性与电磁干扰原理课件

电磁兼容性与电磁干扰原理欢迎学习电磁兼容性与电磁干扰原理课程在当今电子设备日益普及的时代，电磁兼容性（EMC）已成为电子产品设计的关键考量因素本课程将深入探讨EMC与EMI的基本原理，测试方法，以及在实际工程中的应用通过系统学习，您将掌握电磁干扰的产生机理、传播路径、抑制方法，以及相关国际标准与法规要求，为电子产品的可靠性设计奠定坚实基础课程介绍课程目标掌握电磁兼容性基本原理与电磁干扰抑制技术，能够分析与解决实际工程中的EMC问题主要研究方向干扰机理分析、传导/辐射干扰测量、EMC设计优化、电磁屏蔽与滤波技术行业应用领域消费电子、工业控制、汽车电子、航空航天、医疗设备、通信系统本课程将理论与实践相结合，通过案例分析帮助学生理解复杂概念学习过程中将接触到频谱分析仪、EMI接收机等专业测量设备的使用方法，为今后从事相关工作打下基础与基本定义EMC EMI电磁兼容性（EMC）电磁干扰（EMI）电磁敏感性（EMS）电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环电磁干扰是指任何电磁现象可能降低设电磁敏感性是指设备受到电磁干扰时的境中能正常工作且不对环境中的任何事备、传输通道或系统性能的电磁扰动反应程度，即设备抵抗外部电磁环境影物产生无法忍受的电磁干扰的能力响的能力典型例子包括手机信号导致音响设备EMC包含两个方面一是不产生超过限产生噪声、电机启动造成显示屏闪烁、EMS测试通常包括抗辐射干扰、抗传导值的电磁干扰；二是对外界电磁干扰具雷电导致电子设备故障等干扰、抗静电放电等多项测试有一定的抗扰度电磁兼容性发展历史120世纪30年代无线电广播发展引发干扰问题，美国成立联邦通信委员会（FCC）监管电磁干扰21960-1970年代军用电子设备EMC问题日益突出，美军制定MIL-STD-461系列标准31980-1990年代欧盟颁布EMC指令89/336/EEC，将EMC要求纳入CE认证体系421世纪初至今高速数字电路与无线技术普及，EMC标准体系持续完善，测试技术与仿真工具快速发展随着电子技术的发展，电磁兼容性问题经历了从简单滤波到系统化设计的演变过程从最初的经验性解决方案，到如今基于理论分析和计算机仿真的系统方法，EMC技术已成为电子工程的重要分支与标准体系EMC EMI国际主要标准国内标准体系•CISPR（国际无线电干扰特别委员•GB/T17626系列标准对应IEC会）制定的干扰测量方法与限值61000系列•IEC61000系列标准涵盖EMC测试•GB9254信息技术设备的无线电骚与测量技术扰限值和测量方法•EN标准是欧盟采用的EMC协调标准•GB4824电气照明和类似设备的无线电骚扰特性限值和测量方法行业标准概况•汽车行业ISO11452系列、CISPR25•航空航天DO-160•医疗设备IEC60601-1-2•军用设备GJB151A/152A标准的发展趋势是越来越严格，测试项目也越来越全面不同行业因其工作环境和可靠性要求差异，形成了特定的EMC标准体系与在电子电气系统中的地位EMC EMI市场准入的必要条件满足强制性EMC标准是产品合法销售的前提产品可靠性保障良好的EMC性能确保设备在复杂电磁环境中稳定工作用户体验基础避免干扰导致的功能失效与性能下降系统设计基础EMC问题不容忽视的设计约束与考量因素EMC设计已不再是产品开发的添加项，而是贯穿产品全生命周期的基础性工作从方案选型到PCB设计，从元器件布局到结构设计，均需考虑EMC因素良好的EMC设计能够降低产品开发风险，减少后期整改成本，提高产品竞争力法规与合规性要求EMC欧盟CE标志基于EMC指令2014/30/EU，要求进入欧盟市场的电子电气产品必须符合EMC基本要求，并通过指定测试后加贴CE标志美国FCC认证FCC Part15针对无线电设备和数字设备的电磁干扰限制，分为A类（工业环境）和B类（居住环境）要求，后者更为严格中国CCC认证强制性产品认证制度中包含EMC要求，适用于信息技术设备、家用电器等产品类别合规性文件制造商需准备技术文件、合格声明及测试报告，以证明产品符合相关EMC标准与法规要求不同国家和地区的EMC法规虽有差异，但基本原则相似企业在全球化市场中需了解目标市场的具体要求，通过合格评定程序确保产品合规上市随着技术发展和环境保护意识提高，EMC法规也在不断更新和完善常见电磁干扰源自然干扰源工业干扰源通信干扰源雷电放电产生宽频带电磁脉电机启停瞬间产生的浪涌电移动通信基站；广播电视发冲；太阳风暴与地磁活动导流；焊接设备的电弧放电；射台；雷达系统；WiFi、蓝致地球电磁场变化；宇宙射大功率开关设备；高频感应牙等无线通信设备；微波通线与大气放电也是重要的自加热设备；工业射频设备信设备然电磁干扰源电子设备干扰源开关电源的高频开关噪声；数字电路的时钟信号；微处理器的高速总线；LED驱动器；变频器理解这些干扰源的特性，对于预测可能的EMC问题和制定相应的防护措施至关重要针对不同干扰源，需采用不同的抑制技术和防护策略典型问题实例EMI消费电子设备电视接收机在移动电话通话时出现图像雪花；音响系统在附近电器开关时产生嗞嗞噪声；WiFi路由器与微波炉共存导致网络连接中断；智能家居设备之间的无线信号干扰工业控制系统变频器启动导致附近PLC误动作；高压开关柜操作引起控制系统复位；传感器信号在长电缆传输中被干扰失真；无线通信在工业环境中不稳定；大型电机启动造成网络设备故障航空航天与医疗设备乘客电子设备对飞机导航系统的潜在干扰；医疗监护仪器在电刀使用时读数异常；心脏起搏器受到外部射频场影响；MRI设备对周围医疗电子设备的干扰；移动通信对敏感医疗设备的影响这些实例说明了电磁干扰在不同场景下的表现形式和严重后果通过分析干扰源和受害设备之间的耦合路径，可以制定有效的EMC解决方案的分类EMI按传播方式分类传导干扰通过导体（如电源线、信号线、接地系统）传播的干扰辐射干扰通过空间以电磁波形式传播的干扰按频率特性分类窄带干扰能量集中在特定频率，如射频发射机、振荡器宽带干扰能量分布在宽频带范围，如开关瞬态、电弧放电按时间特性分类连续干扰持续存在的干扰，如电机噪声、时钟信号瞬态干扰短暂出现的干扰，如雷击、开关操作、静电放电这些分类方法互相交叉，一个干扰源可能同时属于多个类别例如，开关电源可能产生既是传导又是辐射的干扰，同时包含连续成分（开关频率的谐波）和瞬态成分（开关瞬间的尖峰）理解干扰的类型有助于选择合适的测量方法和抑制技术传导干扰原理低频传导干扰高频传导干扰频率范围通常在2kHz以下，主要表现为频率范围通常在9kHz~30MHz，主要表电压波动、闪变、谐波等现为电源线和信号线上的高频噪声主要来源于大功率非线性负载，如电机主要来源于开关电源、数字电路、电机启动、整流器、变频器等，会导致电网换向器等，以共模和差模两种形式在导电压波形畸变体上传播对电网质量和设备运行稳定性有较大影测量标准通常遵循CISPR16，使用线路传导干扰是EMC问题中最常见的形式之响，尤其可能导致敏感设备误操作阻抗稳定网络（LISN）进行标准化测一，通过电源线、信号线和接地系统传量播，影响相连设备的正常工作有效抑制传导干扰的方法包括使用滤波器、隔离变压器和改善接地系统等辐射干扰原理电场辐射磁场辐射远场辐射主要由高阻抗电路和高电压变化（高主要由低阻抗电路和大电流变化（高当距离超过波长/2π时，电场和磁场耦合dv/dt）产生，如高压线、天线馈线等di/dt）产生，如环路电流、电力变压器形成电磁波向远处传播等在近场区域（距离小于波长/2π），电场远场区域的场强与距离平方成反比，电强度与距离成反比关系迅速衰减在近场区域，磁场强度与距离的平方成场与磁场比值恒定为波阻抗（377Ω）反比，衰减速度较电场慢测量单位为V/m（伏特/米），使用偶极测量通常在标准测试场或电波暗室进天线或双锥天线等电场天线进行测量测量单位为A/m（安培/米），使用环形行，测量距离为3m、10m或30m天线等磁场探头进行测量辐射干扰的影响范围取决于频率、功率和传播环境高频辐射能穿透非金属材料，通过缝隙和孔洞进入设备内部，直接干扰敏感电路有效的辐射抑制措施包括屏蔽、滤波和优化布局等干扰信号频谱特性窄带干扰特征窄带干扰来源能量集中在特定频率及其谐波，频谱呈振荡器、数字时钟、射频发射机、开关2现尖锐峰值电源基频宽带干扰来源宽带干扰特征电弧放电、电刷火花、开关瞬变、静电能量分布在较宽频率范围，频谱呈现平放电缓起伏干扰信号的频谱特性与受害设备的工作频率关系密切当干扰频率与设备敏感频率重合时，即使干扰能量不大也可能造成严重影响频谱分析仪是观察干扰频谱特性的重要工具，可显示干扰强度随频率的分布情况，帮助确定干扰源类型和制定抑制策略干扰的主要耦合路径传导耦合电容性耦合通过导体直接传导，如电源线、信号线、地线等共用导体形成的阻抗耦又称为静电耦合，通过电场介质传递能量当两个导体之间存在寄生电容合当多个电路共用电源或接地导体时，一个电路的电流变化会通过共用时，一个导体上的电压变化会通过寄生电容耦合到另一个导体上，引起干阻抗影响其他电路的电压扰电流4电感性耦合辐射耦合又称为磁感应耦合，通过磁场传递能量根据法拉第电磁感应定律，一个通过电磁波在空间传播实现能量传递辐射源产生的电磁波被受害设备的导体中的变化电流产生变化磁场，可以在附近的导体环路中感应出电动导体结构（如电缆、印制电路板走线）接收，形成干扰电流势在实际系统中，这四种耦合路径往往同时存在，相互作用理解这些耦合机制是解决EMC问题的关键，针对不同的耦合路径需采用相应的抑制技术例如，对于传导耦合可使用滤波器，对于电感性耦合可减小环路面积或增加距离，对于辐射耦合则可采用屏蔽措施电容性耦合机理电感性耦合机理1/r²磁场强度衰减率磁场强度与距离平方成反比，距离增加一倍耦合减小4倍M互感系数表示两电路间磁通链的耦合程度di/dt电流变化率感应电压与电流变化速率成正比A环路面积接收环路面积越大，感应干扰越强电感性耦合是基于法拉第电磁感应定律当导体环路中的磁通量发生变化时，会在环路中感应出电动势干扰源电路中的变化电流产生变化磁场，这个磁场穿过接收环路，产生感应电压V=-M·di/dt，其中M是互感系数，di/dt是干扰源电流的变化率电感性耦合的等效电路可以表示为一个互感器连接干扰源和受害电路当干扰源的阻抗较低而受害电路的阻抗较高时，电感性耦合尤为显著减小电感性耦合的方法包括增加电路间距离、减小环路面积、使用扭绞线以平衡磁场影响、采用磁屏蔽材料等辐射耦合特点近区与远区划分辐射效率影响因素辐射场强与距离关系•近区距离小于λ/2π，电场和磁场独立•电流幅值电流越大，辐射能量越多•近区电场强度与1/r³或1/r²成正比存在，与距离关系复杂•频率频率越高，辐射效率越高•近区磁场强度与1/r²成正比•远区距离大于λ/2π，形成完整电磁•辐射结构尺寸接近半波长时辐射最强•远区场强与1/r成正比波，电场与磁场比值恒定•阻抗匹配阻抗匹配良好时辐射能量最•自由空间中功率密度与1/r²成正比•过渡区介于近区与远区之间，场特性大逐渐变化辐射耦合是高频电磁干扰的主要传播方式当频率增高时，导体结构更容易成为有效的天线，无意中发射或接收电磁能量天线的接收效率与其物理尺寸相对于波长的关系密切，当导体长度接近信号波长的四分之一或二分之一时，辐射或接收效率达到最高的产生机理EMI快速变化的电流/电压数字电路中的快速跳变信号、开关电源的开关动作、电机驱动器的PWM波形等产生高dv/dt和di/dt高频谐波产生根据傅里叶分析，快速变化的信号包含丰富的高频谐波成分，频率范围可达数百MHz甚至GHz通过耦合路径传播高频能量通过传导、耦合和辐射等多种途径向外传播，形成对周围设备的干扰在数字电路中，EMI主要由逻辑门的快速开关产生开关速度越快，上升/下降时间越短，产生的高频谐波就越多根据频谱分析，单个梯形脉冲的频谱分量可达到1/πtr，其中tr为上升时间例如，上升时间为1ns的信号，其频谱可延伸至318MHz电磁干扰还可分为共模干扰和差模干扰两种基本形式共模干扰在多个导体上同相位传播，通过共同接地阻抗返回；差模干扰在相关导体间以相反相位传播两种干扰机制需要不同的抑制方法，如共模扼流圈和差模电容等理论基础EMC麦克斯韦第一方程∇×E=-∂B/∂t描述变化磁场产生感应电场麦克斯韦第二方程∇×H=J+∂D/∂t描述电流和变化电场产生磁场麦克斯韦第三方程∇·D=ρ描述电荷产生电位移麦克斯韦第四方程∇·B=0描述磁场无源特性麦克斯韦方程组是电磁兼容性理论的基础，完整描述了电磁场的产生、传播和相互作用这些方程解释了为什么导体中的变化电流会产生电磁波，以及电磁波如何在空间传播并与导体结构相互作用在工程实践中，我们通常使用简化模型来分析EMC问题，如集中参数电路模型（适用于电长度远小于波长的系统）和传输线模型（适用于电长度接近或超过波长的系统）对于复杂系统，现代计算电磁学方法如有限差分时域法（FDTD）、矩量法（MOM）和有限元法（FEM）提供了强大的分析工具系统问题分析方法EMC框图分析法时域分析频域分析将系统拆分为干扰源、耦合路径和受害者使用示波器等设备直接观察信号的时间特使用频谱分析仪或EMI接收机测量信号的三要素，系统地分析各部分特性和相互关性，包括幅值、上升/下降时间、波形畸变频谱分布，确定干扰的频率特性系等频域分析是EMC测试的标准方法，可以与框图分析是EMC问题解决的基本方法，可时域分析适用于瞬态干扰问题，如静电放限值要求直接比对，判断是否符合标准以清晰展示干扰传播路径，帮助针对性地电、浪涌、开关噪声等通过频谱特征可以判断干扰源类型，如窄制定解决方案时域测量可以提供干扰事件的直观表现，带、宽带，并与已知干扰源进行比对分

1.识别可能的干扰源及其特性有助于确定干扰发生的时间点和与系统操析作的关联

2.确定潜在的耦合路径

3.分析受害设备的敏感度

4.制定干预策略在实际工程中，通常结合使用这些分析方法例如，先用频谱分析仪确定问题频段，再用时域设备观察该频段信号的时间特性，最后通过系统框图分析找出干扰源和传播路径，制定有效的解决方案设计四大原则EMC设备容忍性限制发射提高设备对外界干扰的抗扰度减少设备对外产生的电磁干扰•合理的电路设计与滤波•控制信号上升/下降时间•适当的软件滤波算法•减小电流环路面积•关键电路屏蔽与隔离•适当的滤波与屏蔽措施适当防护有效接收针对特定环境采取防护措施确保设备能接收到有用信号•针对雷电的防护•提高信号接收灵敏度•针对静电的防护•优化信号处理算法•针对强电磁场的屏蔽•使用适当的增益控制这四项原则是EMC设计的基础在实际应用中，需要根据产品特性和应用环境合理平衡各项原则例如，消费电子产品可能更注重限制发射以满足法规要求，而工业控制设备则更需要提高抗扰度以确保在恶劣环境中可靠工作军用设备则可能需要同时满足严格的发射限制和抗扰度要求测试的重要性EMC市场准入要求满足各国强制性EMC法规要求设计验证验证EMC设计措施的有效性风险评估3识别潜在EMC问题与失效风险质量保障确保产品在实际环境中正常工作EMC测试不仅是合规性要求，更是产品质量与可靠性的保障通过系统化的测试，可以发现设计中的潜在问题，避免产品上市后出现干扰故障，降低召回和维修成本对于医疗、航空等高可靠性领域，EMC测试尤为重要，直接关系到设备安全性和人身安全在产品开发过程中，建议采用阶段性测试策略原型阶段进行预测试，发现主要问题；设计验证阶段进行全面测试，确认设计有效性；量产前进行最终认证测试，确保符合标准要求这种策略可以降低开发风险，缩短上市时间测试类型简介EMC发射测试抗扰度/抗干扰测试测量设备产生的电磁干扰是否超过限值标准，包括传导发射和辐测试设备在规定的电磁环境下是否能正常工作，考察其对外界干射发射两大类扰的承受能力

1.传导发射测试测量设备通过电源线或信号线传导的干扰

1.辐射抗扰度测试设备在外部电磁场环境下的性能

2.辐射发射测试测量设备辐射到空间的电磁场强度

2.传导抗扰度测试设备对电源/信号线上干扰的承受能力

3.静电放电（ESD）抗扰度测试设备对静电放电的耐受性发射测试通常使用EMI接收机或频谱分析仪，按照特定的带宽和检波方式进行测量

4.电快速瞬变脉冲群（EFT）抗扰度测试设备对开关瞬变的抗干扰能力

5.浪涌抗扰度测试设备对电网浪涌的承受能力除了常规EMC测试外，某些特殊领域还有专门的测试项目，如汽车电子的点火干扰测试、军用设备的高强度辐射场测试（HIRF）和电磁脉冲（EMP）测试等测试标准和方法会根据产品类型和应用场景而有所不同，需根据具体需求选择合适的测试项目辐射发射测试原理开放场地法（OATS）在空旷场地上进行测试，地面为金属平面以提供均匀的反射测试距离通常为3m、10m或30m，天线高度可在1-4m范围内变化以寻找最大场强OATS是最基本的测试方法，但易受外界电磁环境影响半电波暗室三面墙壁和天花板覆盖吸波材料，地面为金属反射面结合了OATS的反射特性和屏蔽室的环境隔离优势目前是最常用的辐射发射测试场地，可提供稳定且可重复的测试结果全电波暗室六面均覆盖吸波材料，模拟自由空间条件适用于天线方向图等特性测量，但EMC测试通常不使用，因为缺少地面反射不符合标准测试条件在特殊应用如航空航天领域有所使用辐射发射测试通常覆盖30MHz-1GHz频率范围，使用准峰值检波器和120kHz分辨率带宽测试时需旋转被测设备并调整天线高度，以寻找最大辐射方向测试结果与环境因素、设备摆放和电缆布置密切相关，需要标准化的测试布置以确保结果可重复传导发射测试原理连接线路阻抗稳定网络（LISN）LISN提供标准化的电源阻抗，隔离外部电网干扰，并提取被测设备的传导发射信号测量频率范围标准传导发射测试通常覆盖9kHz至30MHz频率范围，使用峰值和准峰值检波测量模式选择需分别测量共模（不平衡）和差模（平衡）传导干扰，或使用V型网络自动测量数据记录与分析记录传导发射频谱，与标准限值比对，分析超标频点的可能来源传导发射测试是EMC测试中最基本也是最常见的项目之一它测量的是设备通过电源线或信号线向外传导的电磁干扰测试使用的LISN不仅提供标准化的测试条件，还保护测量设备不受电网干扰影响对于多相电源设备，需要分别测量每相对地的传导发射对于信号线，可使用专用的阻抗稳定网络（ISN）进行测量测试中应注意设备的工作模式选择，确保在最不利的工作条件下进行测试，以获得最保守的测试结果抗扰度（）测试EMS抗扰度测试评估设备在各种电磁干扰环境下的工作能力测试标准通常规定了干扰信号的特性（频率、强度、调制等）以及设备性能判据根据GB/T17626系列标准，设备性能通常分为四级A级（正常性能）、B级（暂时降级后自恢复）、C级（需要人工干预才能恢复）和D级（不可恢复的损坏或功能丧失）辐射抗扰度测试在电波暗室或屏蔽室中进行，使用天线和射频功率放大器产生特定强度的电磁场传导抗扰度测试使用耦合/去耦网络将干扰信号注入设备电源或信号线静电放电测试模拟人体或物体携带的静电放电到设备表面和接口的情况每种测试都有其特定的测试设备、配置和程序常用测试仪器EMC频谱分析仪测量信号频谱分布，具有扫频功能，可显示频率与幅度关系适用于研发阶段排查和快速测量，但峰值检波方式与标准要求的准峰值检波有差异EMI接收机专为EMC测试设计的高精度测量仪器，提供标准规定的检波器（峰值、准峰值、平均值），频率稳定性好，动态范围大是正式认证测试的标准设备信号发生器产生抗扰度测试所需的射频信号，可进行频率和幅度调制与功率放大器配合使用，产生规定强度的干扰信号静电放电发生器模拟人体或物体携带的静电放电，可产生接触放电和空气放电两种模式，电压范围通常为2kV至15kV除了上述核心设备外，EMC测试还需要各种辅助仪器，如电场/磁场探头用于近场扫描和定位干扰源；衰减器保护测量仪器免受强信号损坏；LISN提供标准化的电源阻抗和信号提取；各类天线如双锥天线、对数周期天线用于不同频段的辐射测量；电流探头测量电缆上的共模电流实验室环境要求EMC电波暗室屏蔽室环境控制要求内表面覆盖吸波材料，用于辐射发射和抗金属结构形成法拉第笼，隔离外部电磁环除了电磁环境外，实验室还需满足其他要扰度测试境干扰求•半暗室地面为导电平面，其余五面•用于传导发射/抗扰度测试•环境温湿度控制，通常为23±5℃，45-覆盖吸波材料75%RH•静电放电和瞬态抗扰度测试•全暗室六面均覆盖吸波材料，模拟•稳定的供电系统，避免电网波动影响•预测试和问题排查自由空间测试设计需考虑门缝、线缆穿透等薄弱环节的•混响室高反射金属室，通过搅拌器•良好的接地系统，通常需1Ω的接地电屏蔽处理创建统计均匀场阻•抗振基础，减少机械振动对敏感测量关键指标包括屏蔽效能（通常100dB）和的影响场地衰减特性（NSA）建立专业的EMC实验室投资较大，不仅需要昂贵的测试设备，还需要符合标准的测试环境对于中小企业，可考虑与第三方测试机构合作，或建立简化的预测试设施，用于研发阶段的问题排查测试标准与步骤测试前准备根据产品类型确定适用标准和测试项目，准备测试计划和设备正常工作所需的辅助设备布置被测设备（EUT）时需遵循标准规定的测试布置图，包括设备放置、电缆布线等测试执行按标准要求的测试程序和方法进行测试发射测试需寻找最大发射方向；抗扰度测试需监测设备功能，记录性能变化测试中应覆盖设备各种工作模式，尤其是可能产生最大干扰或最敏感的模式数据记录与判定记录测试数据，与标准限值比对发射测试判定设备发射是否低于限值；抗扰度测试判定设备性能是否符合预定性能判据测试报告需包含详细的测试条件、方法、数据和结论主要测试参数包括发射测试的频率范围、分辨率带宽、检波器类型、测量距离；抗扰度测试的干扰信号特性（频率、强度、调制）、测试时间、性能判据不同标准对这些参数有不同规定，如消费类电子设备通常遵循CISPR32/35，工业设备遵循IEC61000系列标准测试判定通常采用通过/不通过原则，但在研发阶段可以进行更详细的分析，如发射测试中与限值的裕度，抗扰度测试中的具体失效模式和阈值，以指导改进设计问题案例分析EMC测量分析问题发现使用专业仪器准确定位问题测试超标或实际使用中出现功能异常方案设计针对根本原因制定解决方案5验证确认测试验证解决方案有效性整改实施应用EMC技术解决问题典型案例某控制器在辐射发射测试中，100MHz附近严重超标通过近场扫描发现CPU时钟电路区域辐射最强分析表明，时钟走线与相邻信号线平行布线形成了良好的辐射天线解决方案包括重新布局时钟走线，增加层间屏蔽，在时钟源附近增加铁氧体磁珠抑制高频谐波整改后重新测试，辐射发射降低了15dB，成功通过标准限值要求另一案例某通信设备在强电磁场环境中出现数据传输错误测试发现在特定频段的辐射场下，接收信号会被干扰经分析是因为信号线屏蔽不完善，且接收电路缺少适当的滤波解决方案包括改进信号线屏蔽连接，在接收电路增加共模扼流圈和TVS保护，优化软件的数据校验算法整改后设备抗扰度显著提高，在10V/m的场强下仍能正常工作故障定位技巧EMI近场扫描法•使用电场/磁场近场探头扫描PCB或设备表面•通过场强变化定位最强辐射区域•适用于辐射问题排查•可结合频谱分析仪进行频域分析电流注入/监测法•使用电流探头监测各导体上的共模电流•通过电缆旋转或位置变化观察辐射变化•可注入已知信号进行传输路径分析•适用于确定主要辐射路径频带分段溯源法•将频谱分为低频、中频、高频几个区段•根据频段特点定向排查可能的干扰源•低频段常见电源电路干扰•高频段常见时钟与数据信号干扰开关/断电分析法•逐个关闭或断开系统模块电源•观察干扰信号变化确定来源模块•适用于系统级问题定位•在条件允许时可结合负载变化分析在实际排查过程中，往往需要综合使用多种技术例如，先用频谱分析确定问题频段，再用近场探头在设备各部位扫描，定位出最强辐射区域，然后结合电路原理分析可能的干扰源对于复杂系统，可能需要暂时拆除屏蔽或断开某些连接，以便隔离问题传导干扰整改案例辐射干扰整改案例问题描述整改措施整改效果某通信设备在辐射发射测试中，

1.PCB布局优化重新设计关键信号走整改后重新测试，辐射发射在全频段均200MHz-400MHz频段超出限值，尤其在线，避免高速信号与敏感电路并行，低于限值5dB以上特别是在问题频段384MHz处超出约8dB该频率接近设备减小环路面积384MHz处，辐射强度降低了12dB，有内部处理器时钟倍频，怀疑与高速数字效解决了超标问题

2.层叠结构改进增加接地平面层，确电路相关保高速信号线靠近参考平面该案例表明，辐射问题通常需要综合措使用近场探头扫描发现，PCB中央处理

3.屏蔽加强在关键区域增加局部屏蔽施解决，包括源头控制（减小源强罩，改进外壳接缝处的导电性器区域和连接器周围辐射较强电流探度）、传播路径控制（阻断耦合）和接针测量表明，连接外设的数据电缆上存

4.滤波增强在I/O接口处增加共模扼收端防护（加强抗扰度）PCB设计是在明显的共模电流流圈和TVS保护，抑制电缆辐射控制辐射的关键环节

5.时钟优化调整时钟分配网络，使用点对点拓扑替代菊花链抗扰度问题整改思路前端保护为电源和信号接口增加瞬态抑制器和滤波器屏蔽隔离2改进屏蔽设计，隔离敏感电路区域电路优化提高关键电路的抗干扰能力和容错性软件增强加入数字滤波和错误检测/恢复机制抗扰度整改案例某工业控制设备在辐射抗扰度测试中，当900MHz频段场强达到3V/m时出现偶发性复位分析发现微控制器复位电路对射频干扰敏感，复位监控芯片的抗扰度不足，导致产生错误的复位信号整改措施包括1在复位电路中增加RC低通滤波网络；2复位监控芯片周围增加局部屏蔽；3优化PCB布局，缩短复位信号走线长度；4在关键信号线增加共模扼流圈；5软件中增加看门狗定时器和异常处理机制整改后，设备在10V/m场强下仍能正常工作，抗扰度性能显著提高设计流程EMC预研与评估分析产品功能、应用环境和EMC要求，识别潜在EMC风险确定适用标准和测试项目，制定EMC设计规范和测试计划电路与PCB设计应用EMC设计原则进行电路设计，选择合适元器件PCB布局布线遵循EMC规范，合理安排层叠结构，控制信号完整性，预留EMC对策空间仿真与预测试应用EMC仿真软件分析关键电路特性制作原型进行预测试，评估EMC性能，及早发现并解决问题整改与优化根据预测试结果进行针对性整改优化设计参数，增加必要的EMC对策（滤波、屏蔽等）验证整改效果认证测试在第三方实验室进行正式认证测试准备测试样品和技术文档，配合实验室完成测试根据测试结果必要时进行最终调整EMC设计是一个迭代过程，贯穿产品开发全周期在设计早期考虑EMC问题可以大幅降低后期整改成本和延期风险建议采用EMC设计评审机制，在关键设计阶段邀请EMC专家评估设计方案，识别潜在问题设计中的电磁屏蔽EMC滤波技术原理低通滤波器共模滤波器差模滤波器允许低频信号通过，抑制高抑制同相位传播在多导体上抑制反相位传播在相关导体频干扰典型结构包括串联的干扰典型元件为共模扼间的干扰典型结构为并联电感和并联电容（LC滤流圈，由在同一磁芯上绕制电容或串联电感适用于电波）适用于电源线和低频的多个线圈组成适用于电源线间和差分信号对之间的信号线的干扰抑制源线和差分信号线的共模干差模干扰抑制扰抑制馈通滤波器允许直流和低频信号穿透屏蔽壁，同时阻挡射频干扰通常集成在屏蔽壳体上，形成良好的射频密封适用于屏蔽区域的线缆穿透处理滤波器选型需考虑多种因素频率响应特性、插入损耗、阻抗匹配、电流/电压额定值、温度稳定性等对于电源滤波，常用的拓扑包括Π型（电容-电感-电容）、T型（电感-电容-电感）以及多级级联结构信号线滤波则需额外考虑信号完整性影响，如传输延迟、上升时间恶化等实际应用中，滤波效果与安装方式密切相关例如，共模扼流圈需要尽量靠近干扰源；滤波器外壳应良好接地；输入输出线缆应适当分隔，避免耦合绕过滤波器对于高频应用，甚至需要考虑元件的寄生参数影响接地技术在中的应用EMC接地基本概念接地系统类型接地平面技术接地在EMC中有三个主要功能根据拓扑结构，接地系统可分为在PCB设计中，接地平面是提供低阻抗参考的关键技术

1.安全接地保护人身安全，提供故障电流•单点接地各电路模块只在一点接地，避回路免地环路•数字/模拟地的分割与连接策略

2.信号参考为电路提供稳定的0V参考电位•多点接地各模块在多点接地，降低地线•关键信号下方的连续接地平面阻抗

3.EMC接地提供干扰电流的低阻抗回路•接地倒灌区的处理方法•混合接地低频采用单点接地，高频采用•过孔的接地连接技术这三种功能的接地系统设计原则不同，有时甚多点接地至相互冲突，需要合理规划良好的接地平面设计可提供信号完整性保障，•浮地电路与大地隔离，通过隔离变压器同时降低EMI发射供电频率是选择接地系统的关键因素通常低频1MHz适合单点接地，高频10MHz适合多点接地在实际设计中，接地系统往往是EMC问题的关键因素常见的接地问题包括地环路引起的低频干扰；高阻抗接地引起的共模辐射；接地系统不平衡导致的差模转共模转换；不同子系统接地电位差引起的接口电路损坏等针对这些问题，需结合具体系统特点制定合适的接地策略去耦电容对的作用EMC去耦电容在EMC设计中具有多重作用首先，它为IC提供本地电荷储备，减少电源网络阻抗导致的电压波动；其次，它对高频噪声形成低阻抗旁路，防止干扰通过电源网络传播；此外，它还能抑制IC内部开关噪声向外辐射，降低系统EMI发射有效的去耦设计需考虑电容类型、容值、寄生参数和布局MLCC（多层陶瓷电容）因其低ESR（等效串联电阻）和低ESL（等效串联电感）成为首选通常采用多种容值并联策略，如大容值（10μF-100μF）电解或钽电容提供低频去耦，中容值（

0.1μF-1μF）陶瓷电容提供中频去耦，小容值（1nF-10nF）高频陶瓷电容抑制高频噪声电容布局应尽量靠近IC电源引脚，走线短而宽，以最小化寄生电感对于高速数字电路，还需考虑电源平面-地平面间的分布式电容作为高频去耦的补充设计中的优化PCB EMC层叠结构优化多层PCB应采用信号层-参考平面交替排列，确保每个信号层都靠近其参考平面电源平面与地平面紧密耦合，形成低阻抗电源分配网络关键高速信号应布线在内层，外层可放置低速信号和静态线路关键信号走线策略高速信号需控制特性阻抗，避免不连续点时钟线应采用点对点拓扑，避免菊花链或星型分布差分信号保持严格对称，控制长度匹配避免关键信号线跨分割区域或穿过电源/地平面开口分区设计原则PCB布局应按功能分区数字区、模拟区、电源区、接口区等高噪声电路（如开关电源、时钟发生器）与敏感电路（如ADC、低噪声放大器）适当隔离接口电路（如I/O连接器）应靠近板边，并配置适当的EMI滤波电源与地分配采用低阻抗电源分配，减小电源阻抗使用足够宽的电源走线或优选电源平面合理处理地平面分割，确保电流回路完整敏感电路区域保持地平面完整性，避免开口和狭缝PCB设计是EMC性能的关键决定因素之一良好的EMC设计需平衡信号完整性和电磁兼容性要求，两者有时存在冲突例如，减小信号上升时间有利于信号完整性，但会增加高频谐波从而加剧EMI问题设计时需综合考虑，在满足功能要求的前提下优化EMC性能布线布局注意事项/EMC高速信号走线高速信号应避免锐角转弯，优先使用45°或圆弧过渡信号线宽度和层间距应保持一致，确保特性阻抗稳定关键信号应使用接地包围（地栅）技术，减少辐射和耦合布线时应考虑返回电流路径，保持信号线及其返回路径的紧密耦合电源与地平面设计电源平面应避免过度分割，必要时使用交错技术减小分割缝隙的辐射地平面尽量保持完整，尤其是高速信号下方过孔会造成平面不连续，应合理布置并使用接地过孔阵列技术优化高频性能对于混合信号设计，数字地和模拟地应在单点连接，避免噪声耦合元器件布局策略晶振/时钟发生器应远离板边和I/O接口，必要时增加局部屏蔽电源变换电路（如DC-DC转换器）应集中布局，并与敏感电路隔离去耦电容尽量靠近IC电源引脚，减小电流环路对噪声敏感的元件（如ADC参考电压源）应远离数字电路和开关电源PCB布线和布局对EMC性能有决定性影响优化的布局布线可以从源头上减少EMI问题，而不良设计则可能导致无法通过EMC测试，需要昂贵的后期整改在设计阶段遵循EMC原则，虽可能增加一定工作量，但可显著降低后期测试失败和返工的风险共模抑制技术90%常见EMI比例约90%的EMI问题与共模干扰相关40dB典型抑制效果良好的共模抑制可降低干扰40dB以上300Ω共模阻抗有效共模抑制器在工作频率应具备高阻抗次3-5电缆绕环数铁氧体磁环一般需缠绕3-5圈以获得最佳效果共模干扰是指在多个导体上以相同相位和幅度传播的干扰，通过共同接地阻抗返回它是EMI问题中最常见且难以解决的类型共模干扰源通常包括电路板与接地参考平面间的寄生电容；高dv/dt节点产生的位移电流；不平衡信号转换为共模噪声等共模抑制最有效的器件是共模扼流圈（CMC），它由同一磁芯上的多个线圈组成工作原理是对共模电流形成高阻抗，而对差模（正常）信号几乎无影响常用的共模抑制技术还包括平衡-不平衡转换器（巴伦）用于不平衡电路；共模滤波器用于电源线和信号线；铁氧体磁环或磁珠用于高频共模抑制；以及改善接地系统减少共模电流路径在实际应用中，通常需要组合使用多种技术才能有效解决复杂的共模干扰问题差模干扰抑制方法屏蔽与隔离对称设计技术物理隔离是减少差模干扰的有效手段在系统设计差模滤波电路应用差分信号对称性对抑制差模转共模干扰至关重要在中，可使用屏蔽隔离壁分隔不同功能模块；在PCB设差模干扰是指在相关导体间以相反相位传播的干扰PCB设计中，应确保差分对走线长度精确匹配，通常计中，可通过分区布局和地平面分割减少电路间耦对于电源线，常用LC低通滤波器抑制差模干扰，如要求误差小于电路主频等效波长的5%差分线间距合；对于关键信号，可采用接地走线包围技术对于串联电感和并联电容组成的π型或T型滤波器选择离应保持一致，以维持恒定的差分阻抗过孔和转弯外部连接的差分信号，建议使用屏蔽双绞线，屏蔽层滤波器元件时需考虑负载电流、电压额定值和频率响应对称布置，避免引入不平衡对于高速差分信号，可减少外部干扰，双绞结构则可抵消感应干扰应特性对于较高频率的差模干扰，铁氧体磁珠因其还应考虑传输线效应，进行阻抗控制和端接匹配高频阻抗特性成为良好的选择差模干扰虽然在EMC问题中占比较小，但在某些应用场景下（如高精度模拟电路、高速差分信号传输）仍然至关重要差模干扰的危险性还在于它可能通过不平衡结构转换为更难处理的共模干扰因此，在系统设计初期就应考虑差模干扰抑制策略，结合滤波、对称设计和物理隔离等多种技术手段建模与仿真工具EMC三维场求解工具电路级仿真工具PCB信号完整性工具CST、HFSS、FEKO等软件使用SPICE类工具（如PSpice、Hyperlynx、SIwave、ADS等工有限元法、时域有限差分法或LTspice）结合寄生参数模型可具专注于PCB级电磁兼容性分矩量法求解复杂三维结构的电进行EMC电路行为分析适用析适用于串扰分析、电源完磁场分布适用于天线分析、于滤波器设计、共模/差模干扰整性、辐射热点识别等这类屏蔽效能评估、辐射预测等分析、瞬态响应等优点是计工具通常集成在PCB设计软件优点是精度高，可处理复杂结算速度快，易于参数扫描；缺中，便于直接分析设计数据构；缺点是计算资源需求大，点是难以准确表达分布参数效模型准备时间长应系统级EMC预测工具EMC Studio、EMCosⅡ等软件提供系统级EMC性能预测结合统计学方法和电磁理论，在设计早期估计系统的EMC表现优点是可快速评估设计变更的影响；缺点是准确度较低，主要用于趋势分析EMC仿真技术近年来取得显著进步，但仍面临准确度与计算效率的平衡挑战实际应用中，通常结合使用多种仿真工具系统级工具用于早期评估，电路级工具进行详细设计，三维场求解工具验证关键结构仿真结果应结合工程经验判断，并通过实测验证建立准确的模型库（特别是常用元器件的高频模型）是提高仿真准确性的关键新兴材料与工艺EMC纳米屏蔽涂层纳米金属粒子或纳米碳材料（如碳纳米管、石墨烯）构成的屏蔽涂层，具有重量轻、厚度薄、屏蔽效能高等特点可直接涂覆在塑料外壳内表面，或应用于柔性电子产品最新研究显示，某些纳米复合材料在5G频段可达到60-80dB的屏蔽效能，同时保持良好的机械性能和环保特性柔性/高效滤波材料新型压敏电阻材料（如掺杂氧化锌）可在瞬态过压时快速响应，提供有效保护介电常数可控的高分子复合材料可用于制作高性能滤波器和电容器磁电复合材料可同时对电场和磁场提供屏蔽，弥补传统金属屏蔽在低频磁场屏蔽方面的不足这些新型材料特别适用于可穿戴设备和柔性电子产品的EMC设计先进PCB材料与工艺高频低损耗PCB基材如改性聚四氟乙烯（PTFE）、液晶聚合物（LCP）等，可降低高频信号损耗嵌入式元件技术将无源元件（如电容、电感）直接集成到PCB内部，减小电流环路面积，提高EMC性能3D打印电磁结构可实现复杂形状的屏蔽腔体和滤波器，优化空间利用和性能这些新兴材料与工艺为EMC设计提供了更多选择，有助于应对电子产品小型化、高速化和复杂化带来的挑战随着5G、物联网和新能源应用的普及，对轻薄高效EMC解决方案的需求将持续增长选择新材料时需考虑多因素平衡，包括EMC性能、成本、环保性、工艺兼容性等，并通过严格测试验证其长期可靠性无线通信系统中的挑战EMC5G基站EMC挑战移动终端EMC设计EMC测试新方法5G基站面临多频段（低频、中频、高频）5G移动终端在小型化设计中需解决多种无无线通信系统的EMC测试方法也在不断革同时工作的EMC协调问题线技术共存问题新•毫米波频段（24GHz以上）的电磁干•多天线系统（5G、WiFi、蓝牙、•OTA（空中接口）测试替代传统有线测扰特性与传统通信频段差异显著GPS）的电磁隔离试•大规模MIMO天线阵列的天线间隔离和•毫米波天线与其他电子元件的电磁兼容•混响室测试适应多天线系统性能评估互调干扰控制•近场扫描技术用于高频段干扰源定位•高功率放大器的热管理与EMC设计平•金属边框/外壳对天线性能的影响与•基于时域的EMI测试快速识别间歇性干衡EMC设计扰•基站与周边设施（如医疗设备）的共存•手机SAR（比吸收率）控制与人体安全问题无线通信系统EMC设计需特别注意接收机去敏（使接收机在强干扰环境中保持灵敏度）；发射机限制（控制带外辐射与杂散发射）；以及系统共存（确保多系统间相互兼容）5G设备的高集成度和多功能性进一步增加了EMC设计复杂性，需要从芯片、电路、天线到系统各个层面协同考虑EMC问题汽车电子的设计EMC电源系统兼容性车载网络EMC宽电压范围下的可靠运行CAN总线/以太网的抗干扰设计无线通信兼容V2X通信与车载系统协调5传感器可靠性瞬态抗扰度确保ADAS传感器抗干扰性4启动、发动、点火系统干扰汽车电子的EMC设计面临独特挑战首先，车辆本身是一个高度电磁干扰的环境，点火系统、发电机、电机等产生强电磁干扰；其次，车载电子系统日益复杂，从娱乐信息到安全驾驶辅助，不同系统间需和谐工作；此外，车辆必须在极端温度、振动和电源波动条件下可靠运行汽车EMC测试标准比普通电子设备更为严格，如ISO11452（车辆部件抗扰度）、CISPR25（车辆组件辐射限值）等电动汽车带来新的EMC挑战，高压系统、大功率电机驱动器和充电系统产生更强的电磁干扰自动驾驶技术依赖的雷达、激光雷达、摄像头等传感器对电磁干扰极为敏感，需特别加强EMC设计汽车电子EMC失效可能导致严重安全问题，因此需采用更保守的设计裕度和更全面的测试验证航空航天医疗领域要求/EMC航空航天EMC特点医疗设备EMC挑战•极端环境条件（高空、温度变化、振动）•生命支持设备的超高可靠性要求•高可靠性要求（故障可能导致灾难后果）•多种医疗设备在同一环境共存•特殊干扰源（雷电、高强度辐射场、宇宙•医院环境中的特殊干扰源（如MRI、电刀）射线）•医疗传感器的高灵敏度与干扰抑制平衡•复杂的机载系统集成与互操作性•植入式医疗设备面临的特殊EMC问题•严格的重量和空间限制影响EMC设计特殊认证与合规要求•航空DO-160/MIL-STD-461等严格标准•医疗IEC60601-1-2专门针对医疗设备•合规验证需完整的风险管理文档•需长期稳定性和安全裕度证明•失效模式与影响分析（FMEA）要求这些高可靠性领域的EMC设计采用防御性设计理念，通常包括多重冗余保护；严格的分区隔离；全面的屏蔽和滤波；系统级EMC协调；以及详尽的测试验证航空航天设备需特别关注闪电防护和HIRF（高强度辐射场）防护，医疗设备则需重点考虑与患者安全相关的漏电流限制和电磁辐射人体暴露限值未来发展趋势EMC智能电磁兼容绿色EMC设计云端EMC工具系统集成EMC基于人工智能的EMC预测和优化；自低碳环保EMC材料；符合基于云计算的电磁兼容仿真；EMC知异构系统的EMC协调；子系统级EMC适应EMC保护技术；EMC问题的智能RoHS/REACH的滤波元件；资源节约识库与设计辅助系统；远程协作测试测试方法；复杂环境下的系统兼容性诊断与修复型屏蔽技术平台保障随着技术发展，EMC面临新挑战频率不断提高，从6G通信（100GHz以上）到太赫兹应用，传统EMC理论和测试方法面临挑战；功能集成度增加，片上系统和三维封装导致内部EMC问题复杂化；新材料应用广泛，如宽禁带半导体（GaN、SiC）的EMC特性需深入研究；无线电频谱日益拥挤，设备间干扰问题更加突出未来EMC发展方向包括设计前移，从测试验证向设计预防转变；智能化，利用AI和大数据辅助EMC设计与优化；标准化，建立更完善的标准体系适应新技术；系统化，关注系统级EMC而非单一设备性能随着物联网、智能制造、新能源等技术广泛应用，EMC将在更广阔的领域发挥关键作用课程总结与答疑1理论基础掌握EMC/EMI基本概念、机理和标准体系，理解电磁干扰的产生、传播和接收过程，为实际应用奠定理论基础测试方法了解发射测试和抗扰度测试的原理、设备和流程，掌握EMC问题的排查与定位技术，能够解读测试报告并指导改进设计技术掌握PCB设计、滤波、屏蔽、接地等EMC设计关键技术，能够应用于实际工程问题解决，预防EMC问题发生4行业应用了解无线通信、汽车电子、医疗设备等领域的特殊EMC要求，为专业方向发展做好准备本课程旨在培养学生的EMC系统思维，使其不仅能解决具体EMC问题，还能从系统角度优化设计建议学生在课后进一步通过实验室实践、项目实战和行业标准学习来巩固知识EMC学习是理论与实践相结合的过程，需要不断积累经验和更新知识欢迎同学们提出问题，特别是结合自己专业背景或职业规划的具体疑问我们也欢迎有兴趣的同学参与学校EMC实验室的开放项目，获取更多实践经验。