EMI,EMS,EMC.doc

EMI电磁干扰(EMI) 英文：(Electro Magnetic Interference)是干扰电缆信号并降低信号完好性的电子噪音，EMI通常由电磁辐射发生源如马达和机器产生的。种类电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。 所谓“干扰”，电磁兼容指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音，摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花，拿起电话后听到无线电声音等，这些可以简称其为与“BC I” “TV I” “Tel I”，这些缩写中都有相同的“I”（干扰）（BC：广播） 那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义，即干扰源，也包括受到干扰之前的电磁能量。 其次是“电磁”。电荷如果静止，称为静电。当不同的电位向一致移动时，便发生了静电放电，产生电流，电流周围产生磁场。如果电流的方向和大小持续不断变化就产生了电磁波。 电以各种状态存在，我们把这些所有状态统称为电磁。所以EMI标准和EMI检测是确定所处理的电的状态，决定如何检测，如何评价。 电磁干扰三要素1电磁干扰源电磁干扰源包括微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件，如机电式继电器、开关电源、雷电等。在微控制器系统中，时钟电路是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被扩散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的发展，其边沿跳变速率很快，这种电路将产生高达300 MHz的谐波干扰。 2耦合路径噪声被耦合到电路中最容易被通过的导体传递，如图所示为分析电磁干扰机制。如果一条导线经过一个充满噪声的环境，该导线会感应环境噪声，并且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，由电源线携带的噪声就被传递到了整个电路，这是一种耦合情况。 耦合也发生在有共享负载（阻抗）的电路中。例如两个电路共享一条提供电源的导线或一条接地导线。如果其中一个电路需要一个突发的较大电流，而两个电路共享电源线，等效接入同一个电源内阻，电流的不平衡会导致另一个电路的电源电压下降。该耦合的影响可以通过减少共同的阻抗来削减。但电源内阻和接地导线是固定不变的。若接地不稳定，一个电路中流动的返回电流就会在另一个电路的接地回路中产生地电位的变动，地电位的变动将会严重降低模/数转换器、运算放大器和传感器等低电平模拟电路的性能。 另外，电磁波的辐射存在于每个电路中，这就形成了电路间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中，并且干扰电路中的其他信号。 3接收器所有的电子电路都可能受到电磁干扰。虽然一部分电磁干扰是以射频辐射的方式被直接接受的，但大多数电磁干扰是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，复位、中断和控制信号等临界信号最容易受到电磁干扰的影响。控制电路、模拟的低级放大器和电源调整电路也容易受到噪声的影响。 发射和抗干扰都可以根据辐射和传导的耦合来分类。辐射耦合在高频中十分常见，而传导耦合在低频中更为常见。 发射机与接收机之间的辐射耦合是由电磁能量通过辐射途径传输而产生的。例如来自附近设备的电磁能量通过直接辐射产生的耦合，或者自然界的与类似的电磁环境耦合进入接收机。 发射机与接收机之间的传导耦合经由连接两者之间的直接导电通路完成。例如当发射机与接收机共享同一电源线供电时，干扰会经电源线传送；其他传播途径还有信号线或控制线等。 为了进行电磁兼容性设计，达到电磁兼容性标准，其目的是将辐射减到最小，即降低产品中泄露的射频能量，同时增强其对辐射的抗干扰能力。 通过如图所示的电磁干扰模型，很容易找到抑制电磁干扰的方法，其方法如下： 设法降低电磁波辐射源或传导源； 切断耦合路径； 增加接收器的抗干扰能力。 实际工程中遇到电磁干扰问题时，应该以逻辑性的分析来探讨这一问题。不言而喻，只要存在干扰，就必然有干扰源、耦合路径和受扰对象这3个要素。因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这3个要素入手进行分析。一般而言，设计一个性能良好的PCB以降低射频能量是最经济有效的方法。而第2个和第3个要素倾向于采用屏蔽技术处理。这在后面会讲述到相关内容。 理论和实践的研究表明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径和通道；第三还必须有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备（或敏感器）。 因此干扰源、干扰传播途径（或传输通道）和敏感设备称为电磁干扰三要素。 干扰源分类干扰源的分类方法很多。 1.1、一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。 自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分，同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰，也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。 人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。 1.2、从电磁干扰属性来分，可以分为功能型干扰源和非功能性干扰源。 功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰；非说功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用，如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。 1.3、从电磁干扰信号频谱宽度，可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。 他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。 干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰，反之称为窄带干扰源。 1.4、从干扰信号的频率范围来分 可以把干扰源分为工频与音频干扰源（50Hz及其谐波）、甚低频干扰源（30Hz以下）、载频干扰源（10kHz300kHz）、射频及视频干扰源（300kHz）、微波干扰源（300MHz100GHz）。 电磁干扰传播途径电磁干扰传播途径一般也分为两种：即传导耦合方式和辐射耦合方式。 任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径（或传输通道）。通常认为电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式；另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看，干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。 传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。 辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种：1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合；2. 空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；3.两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。 在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制。 EMS电磁敏感度，在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。敏感度高，抗扰度低。其实二者是一个问题的两个方面，即从不同角度反映装置、设备或系统的抗干扰能力。以电平来表示，敏感度电平(刚刚开始出现性能降低时的电平)越小，说明敏感度越高，抗扰度就越低；而抗扰度电平越高，说明抗扰度也越高，敏感度就越低。EMC电磁兼容性，指在不损害信号所含信息的条件下，信号和干扰能够共存。研究电磁兼容的目的是为了保证电器组件或装置在电磁环境中能够具有正常工作的能力，以及研究电磁波对社会生产活动和人体健康造成危害的机理和预防措施。EMC 包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就是电磁干扰和电磁抗干扰。问题三要素系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。 电磁骚扰源任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降级或失效，即称为电磁骚扰源。一般说来电磁干扰源分为两大类：自然干扰源与和人为干扰源。 （一）自然干扰源 主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分，同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰，也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。 （二）人为干扰源 是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰，其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，称为有意发射干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射，如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。因此这部分又成为无意发射干扰源。 耦合途径即传输骚扰的通路或媒介。电磁干扰传播途径一般也分为两种：即传导耦合方式和辐射耦合方式。 任何电磁干扰的发生都必然存在干扰能量的传输和传输途径（或传输通道）。通常认为电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式；另一种是辐射传输方式。因此从被干扰的敏感器来看，干扰耦合可分为传导耦合和辐射耦合两大类。 （一）传导耦合 传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。这个传输电路可包括导线，设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。 （二）辐射耦合 辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种：1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受，称为天线对天线耦合；2. 空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合；3.两根平行导线之间的高频信号感应，称为线对线的感应耦合。 在实际工程中，两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在，反复交叉耦合，共同产生干扰，才使电磁干扰变得难以控制。防治电磁兼容措施 抑制电磁污染的首要措施是找出污染源；其次是判断污染侵入的路途，主要有传导和辐射两种方式，工作重点是确定干扰量。解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始，并贯穿于整个产品或系统的开发，生产全过程。国内外大量的经验表明，在产品或系统的研制生产过程中越早注意解决电磁兼容问题，越可以节约人力与物力。 电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰源的研究，从电磁干扰源处控制其电磁发射是治本的方法。控制干扰源的发射，除了从电磁干扰源产生的机理着手降低其产生电磁噪声的电平外，还需广泛地应用屏蔽（包括隔离）、滤波和接地技术。 屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电