產品電磁兼容性的兩個方面

產品的電磁兼容性（EMC）從總體上包括兩個方面，一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產生的電磁干擾不能超過一定的限制，也就是EMI（電磁干擾），另一方面是指產品對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定的抗擾度，也就是抗干擾能力，即EMS（電磁耐受性）。

首先我們用實例討論一下靜電干擾，靜電放電（ESD）是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移，ESD會導致電子設備嚴重地損壞或操作失常，因而在芯片和系統設計中ESD是一項非常重要的指標。

對于小型的EUT（Equipment Under Test）測試環(huán)境，如下圖所示：

普通電子產品的國際測試標準為IEC61000-4-2，該標準針對被試設備安裝與環(huán)境條件，將考核要求分成不同的嚴酷度等級。凡等級高的設備可以用在等級低的場合，反之則不可以。靜電放電的嚴酷度等級見表。

按標準測試評定等級：

1類：在制造商、委托商或購買方規(guī)定限值內性能正常；

2類：功能或性能暫時降低或喪失但可自行恢復，不需要操作者干預；

3類：功能或性能暫時降低過喪失，要求工作人員干預或系統重置才能正?；謴停?/p>

4類：由于設備零件或軟件只損壞或者數據之喪失而造成不可自行恢復的功能降低或喪失；

評定時1類判定為通過4類判定為不通過，2、3類需要用戶與制造商雙方協商來判斷。

一款電路板產品是否能通過靜電測試，需要注意很多方面：包括在原理圖中增加防靜電器件，原理與layout設計時接地問題，電路板與外殼如何連接等。一塊設計良好的電子產品，可以在靜電測試過程中保持各項功能正常。

下圖所示是正在測試的迅為eTOP系列工控機：

作為產品研發(fā)階段的評估來說，我們測試時基本上本著使勁“造”的原則，來評估設備的參數極限。在設計產品之初會有不足之處，靜電測試會直接傷害到我們的產品，這時產品不滿足應用要求，我們就需要整改了，首先需要通過多次重復測試。定位問題出在硬件的那里，結合原理圖和pcb，查找設計不合理或者影響靜電釋放的地方，對電路板進行整改。

接下來我們實例討論下快速脈沖群測試。大部分電子產品需要通過電快速瞬變脈沖群（EFT）和靜電放電（ESD）等項目的標準測試。EFT和ESD是兩種典型的突發(fā)干擾，EFT信號單脈沖的峰值電壓可高達4kV，上升沿5ns。接觸放電測試時的ESD信號的峰值電壓可高達8kV，上升時間小于1ns。這兩種突發(fā)干擾，都具有突發(fā)、高壓、寬頻等特征。

EFT的特點是上升時間快，持續(xù)時間短，能量低，但具有較高的重復頻率。EFT一般不會引起設備的損壞，但由于其干擾頻譜分布較寬，會對設備正常工作產生影響。其干擾機理為EFT對線路中半導體結電容單向連續(xù)充電累積，引起電路乃至設備的誤動作。

我們在測試電源線耦合時，實驗室基本布局如下圖所示：

EFT測試對應測試標準為IEC61000-4-4。測試等級如下表所示：

下圖正在測試測試迅為eTOP系列一款人機界面HMI：

解決電源線干擾問題的主要方法是在電源線入口處安裝電源線濾波器，阻止干擾進入設備?？焖倜}沖通過電源線注入時，可以是差模方式注入，也可以是共模方式注入。對差模方式注入的一般可以通過差模電容（X電容）和電感濾波器加以吸收。若注入到電源線上的電壓是共模電壓，濾波器必須能對這種共模電壓起到抑制作用才能使受試設備順利通過試驗。

快速脈沖通過信號/控制線注入時，由于是采用容性耦合夾注入，屬共模注入方式。如果測試出現問題，應采取的措施：（1） 信號電纜屏蔽、（2） 信號電纜上安裝共模扼流圈、 （3） 信號電纜上安裝共模濾波電容、 （4） 對敏感電路局部屏蔽。

電磁兼容領域所指的浪涌沖擊一般來源于開關瞬態(tài)和雷擊瞬態(tài)。 開關瞬態(tài)：

A）主要的電力系統切換騷擾，例如電容器組的切換；

B）配電系統中較小的局部開關動作或負載變化；

C）與開關器件（如晶閘管）相關聯的諧振現象；

D）各種系統故障，例如設備組合對接地系統的短路和電弧故障。

雷電瞬態(tài)：

A）直接雷，它擊于外部（戶外）電路，注入的大電流流過接地電阻或外部電路阻抗而產生電壓；

B）間接雷（即云層之間或云層中的雷擊或擊于附近物體的雷擊產生的電磁場），它在建筑物內、外導體上產生的感應電壓和電流；

C）附近直接對地放電的雷電電流，當它耦合到設備組合接地系統的公共接地路徑時產生感應電壓。

我們在測試時試驗布局如下圖所示。

浪涌（沖擊）抗擾度試驗所采用的國家標準為：GB/T17626.5-2008《電磁兼容試驗和測量技術 浪涌（沖擊）抗擾度試驗》它等同于國際標準：IEC61000-4-5。等級如下表所示。

浪涌抗擾度實驗結果：

1類 在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內性能正常

2類 功能或性能暫時喪失或降低，但在騷擾停止后能自行恢復，不需要操作者干預；

3類 功能或性能暫時喪失或降低，但需操作人員干預才能恢復；

4類 因設備硬件或軟件損壞，或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。（意味著產品不合格）

在浪涌測試實驗中測試通不過，可能產生如下后果：

（1）引起接口電路器件的擊穿損壞。

（2）造成設備的誤動作。

浪涌脈沖的上升時間較長，脈寬較寬，不含有較高的頻率成分，因此對電路的干擾以傳導為主。主要體現在過高的差模電壓幅度導致輸入器件擊穿損壞，或者過高的共模電壓導致線路與地之間的絕緣層擊穿。由于器件擊穿后阻抗很低，浪涌發(fā)生器產生的很大的電流隨之使器件過熱發(fā)生損壞。對于有較大平滑電容的整流電路，過電流使器件損壞也可能是首先發(fā)生的。

雷擊浪涌試驗的大特點是能量特別大。所以采用普通濾波器和鐵氧體磁芯來濾波、吸收的方案基本無效；必須使用氣體放電管、壓敏電阻、硅瞬變電壓吸收二極管和半導體放電管等專門的浪涌抑制器件才行。浪涌抑制器件的一個共同特性就是阻抗在有浪涌電壓與沒浪涌電壓時不同。正常電壓下，它的阻抗很高，對電路的工作沒有影響；當有很高的浪涌電壓加在它上面時，它的阻抗變得很低，將浪涌能量旁路掉。這類器件的使用方法是并聯在線路與參考地之間，當浪涌電壓出現時，迅速導通，以將電壓幅度限制在一定的值上壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管和氣體放電管具有不同的伏安特性，因此浪涌通過它們時發(fā)生的變化不同。