应用与实践
电磁兼容技术在电子产品中的应用
Application of Electromagnetic Compatibility Technology in Electrical Products
王英
（上海工业自动化仪表研究所， 上海市 ２００２３３）
Wang Ying
(Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation, Shanghai 200233)
【摘 要】文章论述了电磁兼容（简称ＥＭＣ）技术在电子产品设计中的重要性和意义。从电磁兼容的机
理出发，对电子产品的电磁兼容性设计进行了理论分析，介绍了ＥＭＣ设计如何识别产品的ＥＭＣ关键元器件／模块以及如何进行合理布局和设计，并给出了电子产品电磁兼容设计实践方案。
【关键词】电磁兼容 电磁辐射 屏蔽技术 敏感器 傅立叶分析
Abstract:The paper expounds the importance and meaning of EMC application in electrical products, analyzes howto identify the EMC sense and components and how to do EMC layout and design of electrical equipment via theEMC elements and principle, and provides several EMC design project in practice.
Key words:Electromagnetic Compatibility(EMC) Electromagnetic Emission Shielding Technology SusceptibilityComponent Fourier Analysis
前言
随着电子技术的高速发展及其在电子产品上的应用，电磁环境不断趋向恶化，系统间的电磁干扰问题，引起了世界的注目，电磁兼容成为一门科学开始被予以研究。早在８０年代欧洲就推出了ＣＥ认证制度，并发布了８９／３３８／ＥＥＣ指令，开始对电子产品的电磁兼容性能进行强制性检测。为了适应我国加入ＷＴＯ的需要，与世界接轨，２００２年我国出台了ＣＣＣ强制性认证制度，把电磁兼容性能做为衡量电子产品安全的重要技术指标之一，从此电子产品的电磁兼容设计问题成为中国电子工程师所关注的焦点。根据电磁兼容技术的特点，在产品设计初期进行电磁兼容设计，此时可采用的方案最多，花费少，效率高；若是在产品定型后再进行设计，不但有效的措施大为减小，同时费用也大幅度增加，延长了产品投向市场的周期。本文简要介绍几种电子产品的电磁兼容设计方案和技巧。１ 电磁兼容性设计分析
任何电磁兼容问题都包含三个要素，即电磁干扰源、敏感器和耦合路径，这三个要素只要缺少一个就可解决电磁兼容问题。所以解决电磁兼容问题只需从此三要素着手，控制干扰源的电磁辐射、抑制电磁干扰传播途径以及增强敏感器的抗干扰能力，采用最简单易行的办法消除其中一个要素即可。１．１ 电磁信号分析
引起电磁干扰的电磁信号可以采用时域波形来
表示，但是电磁兼容的描述往往定义在频域，如滤波器的性能、屏蔽材料以及许多ＥＭＣ元件其特性表示为频率响应。所以需要将信号的时域波形转换到频域。若有频谱分析仪，则可以极方便直观的得到信号的频谱图，但是当不具备此条件时，就要采用傅立叶变化。由傅立叶定理可知，任何周期信号都能被表示为正弦和余弦信号的级数形式，其频率是基频的整数倍，可达几千甚至几万次谐波，这样进行严格的频域分析就要花费很长时间。所以此处推荐采用最大包络法通过简单的假设进行快速计算，步骤可分为以下两步：
第一步：用示波器测量信号的时域波形和周期。第二步：进行时域到频域变换，得到宽带频谱。
用包络线表示最大值的轨迹，如图
１所示：
图１
１．２ 电信号的优化设计
由上可知，脉冲信号的上升时间越短，则信号的频带越宽。所以设计时应选择具有缓慢上升沿和更小ｄＶ／ｄｔ或ｄｉ／ｄｔ的技术。根据傅立叶变换可知，周期信号的频谱是离散谱，而非周期信号的频谱为连
Application and Practice
续谱。通常，周期信号是电磁干扰发射的主要因素，因此设计中要特别注意时钟信号、振荡器等产生的信号，对其采取屏蔽措施。电信号的优化设计的基本原则是使敏感器和干扰源尽量远离，输入和输出端
Ｃｍａｘ＝１／（２πＲｐＦ）
Ｆ— 工作信号最大频率值
Ｒｐ— Ｒ源和Ｒ负载的并联电阻值电感和铁氧体是电容器的互补元件，可增加电
路的回路阻抗。口妥善分割、高电平以及脉冲信号引线与低电平的
下面以ＰＣ机为例，给出安装滤波器和未安装滤
模拟电路信号引线分开敷设。
波器的频谱图（见图２）。１．３ 电磁干扰耦合方式分析
电磁能量的传播形式有两种，一种为以电磁波的形式空间传播，另一种为以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰的耦合方式可分为辐射耦合和传导耦合。其中传导耦合的主要耦合通路为公共电源、公共地耦合、导线间的近场耦合。２ 电磁兼容设计方案
电磁兼容的设计通常分为屏安装滤波器前ＰＣ机的频谱图安装滤波器前ＰＣ机的频谱图蔽、滤波和接地三种。
图２ 滤波器的电磁干扰抑制效果
２．１ 滤波技术
２．２ 屏蔽技术从电磁屏蔽技术分析可知，任何直接穿透屏蔽
对干扰源和敏感器进行屏蔽，是利用屏蔽体阻体的导线都会造成屏蔽失效，成为发射／接受天线。
止高频电磁场在空间传播的原理，可有效提高产品解决此问题地有效方法之一就是在电缆端口增加滤
的电磁兼容性能。电磁屏蔽的实质是减小回路间的波措施。滤波原理就是利用感性和容性器件的频率
电磁场感应的影响，减小干扰源和敏感器之间的分响应原理，使工作频率信号通过，同时对其他频率的
布电容。非工作信号起衰减作用。滤波可分为低通滤波、高通
金属板的电磁屏蔽作用可用下式表示：滤波、带通滤波和带阻滤波等种类，但在电磁干扰抑
ＳＥ＝Ａ＋Ｂ＋Ｒ制技术中，低通滤波器使用较多。通常我们可以购买
Ａ— 吸收损耗已经设计好的滤波器，其主要特性参数为频率响应
Ｂ— 反射损耜特性以及插入损耗；设计人员也可以自行设计滤波
Ｒ— 多次发射修正系数器，通常设计所采用的滤波元件为电容、电感和铁氧
在低频，吸收损耗较小，屏蔽作用以反射损耗为体材料等。
主。在高频，吸收损耗随频率上升而增加，反射损耗按电路结构分，低通滤波又可分为Ｃ型、Γ型、
随频率上升而下降。屏蔽体较厚，或相对磁导率较Ｔ型、Ｌ型、反Γ型和π型。电路中的滤波级数越高
大，则屏蔽效能较强。但屏蔽体不能无限加厚，此（即滤波器件越多），则阻带和通带之间的过渡带越
时，为增强屏蔽效能可采用双层屏蔽法。影响屏蔽短，对阻带的衰减越大。至于究竟选择电容、电感还
效能的主要因素通常为缝隙、通风空洞、电源线和是两者结合滤波措施，又由最大不匹配原则决定：电
信号线等。为提高屏蔽效能，就要求每条缝隙都应容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻抗。阻抗的高
是电磁密封的。增加缝隙深度，减小缝隙长度，在缝低通常以５０Ω为界限，大于５０Ω为高阻，小于５０Ω
隙中加入导电衬垫或涂上导电涂料是十分有效的方为低阻。
法。提高通风孔洞的屏蔽效能，可在机械结构上采电容在滤波器中通常作为旁路器件使用，其阻
取措施。减小空洞面积、覆盖金属丝网、采用圆形通抗特性随频率升高而降低。使用时应注意引线应尽量短，选择具有良好高频响应特性的电容器，纸介质
和聚酯介质的电容器最高使用至几千赫兹，陶瓷介质的电容器（交流）和铝电解质电容（直流）可以适用至更高频率。通常滤波电容的最大值可利用如下公式计算：
风孔，在甚高频还可以采用截止波导。采用屏蔽电缆做信号线和电源线，或者在输入／输出端口上增加滤波器都可以提高屏蔽效能。图３为通信系统使用屏蔽措施的发射频谱图。
（下转第４３页）
经验与方法
ｃ）向前或向后搜索以缩小怀疑区。当需要信号注入时，应采取从信号注入端往信号输出方向查寻的策略，直至不正常处；当已知信号不正常时，可采用从输出端向输入端方向查寻的策略，直至信号正常处。
ｄ）中间分隔。为加快故障搜寻速度，可对子系统进行对半分隔的办法。
ｅ）比较法。为识别和确诊故障，可与一正常工作的子系统或回路的情况相对比，或者参照维修手册进行检查。
ｆ）替换法。当怀疑电路插件板、元器件有故障时，将确认好的电路插件板、元器件替换入子系统，以辅助诊断。３．２．３ 故障排除
故障一经被确诊，只要不是设计上的根本缺陷，修复和排除故障就不太难。在进行多处故障修复时，要注意必要的隔离措施。修复工作完成后，要进行仔细的检查，然后进行修复后的验证。
仪表设备发生故障时，无论是系统级的故障，还
是元件级的故障，首先都需要对故障作基本的判断分析，也就是故障预览。先进行目力检查，如果目检不过关，就要根据目检的情况，分析能否通过更换局部元器件，或者对不过关的部分进行检修更换，达到检修故障的目的；如果目检过关后，接着进行电源检查，对供电回路或者电源组件进行检查，保证电源的正常工作，使得能进行下一步的检修。然后，再决定故障排除的策略和方法。４ 结束语
处理仪表故障在实际工作中占有很大一部分工作量，由于在故障状态仪表不能再现实际运行情况参数，甚至使运行设备停运，其隐患也会造成各种各样的严重后果。发现故障及故障隐患并及时排除它，首先要做的就是查出故障原因。查除故障原因的方法很多，学会在实际工作中积累经验并上升到一定的理论高度去不断地应用和实践，会对工作效率和工作质量有更确切的保证。 □
（上接第３６页）
到电源总地线上，信号地连接到信号总地线上，最后
地线汇总到一个公共的入地点。图４中所示，为通讯基站接地前和接地后的频谱图。可见良好的接地是电磁兼容设计的关键。３ 结论
事实证明，电磁兼容机理非常复杂，仅从理论上的分析，往往和实际情况有很大的偏差，所以电磁兼容问题的诊断，常常和测量技术紧密结合在一起。测量技
可见，屏蔽技术可以极大
的提高产品的电磁兼容性能，抑制电磁信号的发射。
２．３ 接地技术
在电子设备中接地有三种基本方式：悬浮地、单点接地和多点接地。悬浮地可以防止机
箱上的干扰电流直接耦合到信
图４ 接地技术的电磁干扰抑制效果
号电路，但是容易出现静电累积，当电荷达到一定程度后，会产生静电放电。变压术可以帮助设计人员更迅速的发现问题，并验证电器和光耦合器为典型的浮地方法。单点接地适合于磁兼容设计方案的正确性。现在，国外又推出了一些低频线路，可有限的避免单元间的地阻抗干扰。多点电磁兼容设计软件，对电路的电磁兼容性能从场和接地适合于高频电路，设备中各接地点都就近接地，路两方面进行模拟和分析，使电磁兼容设计变得更可减少辐射和高频驻波现象。通常，设备内的地线有便捷。由此可见，电磁兼容技术正逐步趋于成熟。分为电源地和信号地，电路设计时电源地线都连接□
应用与实践
电磁兼容技术在电子产品中的应用
Application of Electromagnetic Compatibility Technology in Electrical Products
王英
（上海工业自动化仪表研究所， 上海市 ２００２３３）
Wang Ying
(Shanghai Institute of Process Automation Instrumentation, Shanghai 200233)
【摘 要】文章论述了电磁兼容（简称ＥＭＣ）技术在电子产品设计中的重要性和意义。从电磁兼容的机
理出发，对电子产品的电磁兼容性设计进行了理论分析，介绍了ＥＭＣ设计如何识别产品的ＥＭＣ关键元器件／模块以及如何进行合理布局和设计，并给出了电子产品电磁兼容设计实践方案。
【关键词】电磁兼容 电磁辐射 屏蔽技术 敏感器 傅立叶分析
Abstract:The paper expounds the importance and meaning of EMC application in electrical products, analyzes howto identify the EMC sense and components and how to do EMC layout and design of electrical equipment via theEMC elements and principle, and provides several EMC design project in practice.
Key words:Electromagnetic Compatibility(EMC) Electromagnetic Emission Shielding Technology SusceptibilityComponent Fourier Analysis
前言
随着电子技术的高速发展及其在电子产品上的应用，电磁环境不断趋向恶化，系统间的电磁干扰问题，引起了世界的注目，电磁兼容成为一门科学开始被予以研究。早在８０年代欧洲就推出了ＣＥ认证制度，并发布了８９／３３８／ＥＥＣ指令，开始对电子产品的电磁兼容性能进行强制性检测。为了适应我国加入ＷＴＯ的需要，与世界接轨，２００２年我国出台了ＣＣＣ强制性认证制度，把电磁兼容性能做为衡量电子产品安全的重要技术指标之一，从此电子产品的电磁兼容设计问题成为中国电子工程师所关注的焦点。根据电磁兼容技术的特点，在产品设计初期进行电磁兼容设计，此时可采用的方案最多，花费少，效率高；若是在产品定型后再进行设计，不但有效的措施大为减小，同时费用也大幅度增加，延长了产品投向市场的周期。本文简要介绍几种电子产品的电磁兼容设计方案和技巧。１ 电磁兼容性设计分析
任何电磁兼容问题都包含三个要素，即电磁干扰源、敏感器和耦合路径，这三个要素只要缺少一个就可解决电磁兼容问题。所以解决电磁兼容问题只需从此三要素着手，控制干扰源的电磁辐射、抑制电磁干扰传播途径以及增强敏感器的抗干扰能力，采用最简单易行的办法消除其中一个要素即可。１．１ 电磁信号分析
引起电磁干扰的电磁信号可以采用时域波形来
表示，但是电磁兼容的描述往往定义在频域，如滤波器的性能、屏蔽材料以及许多ＥＭＣ元件其特性表示为频率响应。所以需要将信号的时域波形转换到频域。若有频谱分析仪，则可以极方便直观的得到信号的频谱图，但是当不具备此条件时，就要采用傅立叶变化。由傅立叶定理可知，任何周期信号都能被表示为正弦和余弦信号的级数形式，其频率是基频的整数倍，可达几千甚至几万次谐波，这样进行严格的频域分析就要花费很长时间。所以此处推荐采用最大包络法通过简单的假设进行快速计算，步骤可分为以下两步：
第一步：用示波器测量信号的时域波形和周期。第二步：进行时域到频域变换，得到宽带频谱。
用包络线表示最大值的轨迹，如图
１所示：
图１
１．２ 电信号的优化设计
由上可知，脉冲信号的上升时间越短，则信号的频带越宽。所以设计时应选择具有缓慢上升沿和更小ｄＶ／ｄｔ或ｄｉ／ｄｔ的技术。根据傅立叶变换可知，周期信号的频谱是离散谱，而非周期信号的频谱为连
Application and Practice
续谱。通常，周期信号是电磁干扰发射的主要因素，因此设计中要特别注意时钟信号、振荡器等产生的信号，对其采取屏蔽措施。电信号的优化设计的基本原则是使敏感器和干扰源尽量远离，输入和输出端
Ｃｍａｘ＝１／（２πＲｐＦ）
Ｆ— 工作信号最大频率值
Ｒｐ— Ｒ源和Ｒ负载的并联电阻值电感和铁氧体是电容器的互补元件，可增加电
路的回路阻抗。口妥善分割、高电平以及脉冲信号引线与低电平的
下面以ＰＣ机为例，给出安装滤波器和未安装滤
模拟电路信号引线分开敷设。
波器的频谱图（见图２）。１．３ 电磁干扰耦合方式分析
电磁能量的传播形式有两种，一种为以电磁波的形式空间传播，另一种为以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰的耦合方式可分为辐射耦合和传导耦合。其中传导耦合的主要耦合通路为公共电源、公共地耦合、导线间的近场耦合。２ 电磁兼容设计方案
电磁兼容的设计通常分为屏安装滤波器前ＰＣ机的频谱图安装滤波器前ＰＣ机的频谱图蔽、滤波和接地三种。
图２ 滤波器的电磁干扰抑制效果
２．１ 滤波技术
２．２ 屏蔽技术从电磁屏蔽技术分析可知，任何直接穿透屏蔽
对干扰源和敏感器进行屏蔽，是利用屏蔽体阻体的导线都会造成屏蔽失效，成为发射／接受天线。
止高频电磁场在空间传播的原理，可有效提高产品解决此问题地有效方法之一就是在电缆端口增加滤
的电磁兼容性能。电磁屏蔽的实质是减小回路间的波措施。滤波原理就是利用感性和容性器件的频率
电磁场感应的影响，减小干扰源和敏感器之间的分响应原理，使工作频率信号通过，同时对其他频率的
布电容。非工作信号起衰减作用。滤波可分为低通滤波、高通
金属板的电磁屏蔽作用可用下式表示：滤波、带通滤波和带阻滤波等种类，但在电磁干扰抑
ＳＥ＝Ａ＋Ｂ＋Ｒ制技术中，低通滤波器使用较多。通常我们可以购买
Ａ— 吸收损耗已经设计好的滤波器，其主要特性参数为频率响应
Ｂ— 反射损耜特性以及插入损耗；设计人员也可以自行设计滤波
Ｒ— 多次发射修正系数器，通常设计所采用的滤波元件为电容、电感和铁氧
在低频，吸收损耗较小，屏蔽作用以反射损耗为体材料等。
主。在高频，吸收损耗随频率上升而增加，反射损耗按电路结构分，低通滤波又可分为Ｃ型、Γ型、
随频率上升而下降。屏蔽体较厚，或相对磁导率较Ｔ型、Ｌ型、反Γ型和π型。电路中的滤波级数越高
大，则屏蔽效能较强。但屏蔽体不能无限加厚，此（即滤波器件越多），则阻带和通带之间的过渡带越
时，为增强屏蔽效能可采用双层屏蔽法。影响屏蔽短，对阻带的衰减越大。至于究竟选择电容、电感还
效能的主要因素通常为缝隙、通风空洞、电源线和是两者结合滤波措施，又由最大不匹配原则决定：电
信号线等。为提高屏蔽效能，就要求每条缝隙都应容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻抗。阻抗的高
是电磁密封的。增加缝隙深度，减小缝隙长度，在缝低通常以５０Ω为界限，大于５０Ω为高阻，小于５０Ω
隙中加入导电衬垫或涂上导电涂料是十分有效的方为低阻。
法。提高通风孔洞的屏蔽效能，可在机械结构上采电容在滤波器中通常作为旁路器件使用，其阻
取措施。减小空洞面积、覆盖金属丝网、采用圆形通抗特性随频率升高而降低。使用时应注意引线应尽量短，选择具有良好高频响应特性的电容器，纸介质
和聚酯介质的电容器最高使用至几千赫兹，陶瓷介质的电容器（交流）和铝电解质电容（直流）可以适用至更高频率。通常滤波电容的最大值可利用如下公式计算：
风孔，在甚高频还可以采用截止波导。采用屏蔽电缆做信号线和电源线，或者在输入／输出端口上增加滤波器都可以提高屏蔽效能。图３为通信系统使用屏蔽措施的发射频谱图。
（下转第４３页）
经验与方法
ｃ）向前或向后搜索以缩小怀疑区。当需要信号注入时，应采取从信号注入端往信号输出方向查寻的策略，直至不正常处；当已知信号不正常时，可采用从输出端向输入端方向查寻的策略，直至信号正常处。
ｄ）中间分隔。为加快故障搜寻速度，可对子系统进行对半分隔的办法。
ｅ）比较法。为识别和确诊故障，可与一正常工作的子系统或回路的情况相对比，或者参照维修手册进行检查。
ｆ）替换法。当怀疑电路插件板、元器件有故障时，将确认好的电路插件板、元器件替换入子系统，以辅助诊断。３．２．３ 故障排除
故障一经被确诊，只要不是设计上的根本缺陷，修复和排除故障就不太难。在进行多处故障修复时，要注意必要的隔离措施。修复工作完成后，要进行仔细的检查，然后进行修复后的验证。
仪表设备发生故障时，无论是系统级的故障，还
是元件级的故障，首先都需要对故障作基本的判断分析，也就是故障预览。先进行目力检查，如果目检不过关，就要根据目检的情况，分析能否通过更换局部元器件，或者对不过关的部分进行检修更换，达到检修故障的目的；如果目检过关后，接着进行电源检查，对供电回路或者电源组件进行检查，保证电源的正常工作，使得能进行下一步的检修。然后，再决定故障排除的策略和方法。４ 结束语
处理仪表故障在实际工作中占有很大一部分工作量，由于在故障状态仪表不能再现实际运行情况参数，甚至使运行设备停运，其隐患也会造成各种各样的严重后果。发现故障及故障隐患并及时排除它，首先要做的就是查出故障原因。查除故障原因的方法很多，学会在实际工作中积累经验并上升到一定的理论高度去不断地应用和实践，会对工作效率和工作质量有更确切的保证。 □
（上接第３６页）
到电源总地线上，信号地连接到信号总地线上，最后
地线汇总到一个公共的入地点。图４中所示，为通讯基站接地前和接地后的频谱图。可见良好的接地是电磁兼容设计的关键。３ 结论
事实证明，电磁兼容机理非常复杂，仅从理论上的分析，往往和实际情况有很大的偏差，所以电磁兼容问题的诊断，常常和测量技术紧密结合在一起。测量技
可见，屏蔽技术可以极大
的提高产品的电磁兼容性能，抑制电磁信号的发射。
２．３ 接地技术
在电子设备中接地有三种基本方式：悬浮地、单点接地和多点接地。悬浮地可以防止机
箱上的干扰电流直接耦合到信
图４ 接地技术的电磁干扰抑制效果
号电路，但是容易出现静电累积，当电荷达到一定程度后，会产生静电放电。变压术可以帮助设计人员更迅速的发现问题，并验证电器和光耦合器为典型的浮地方法。单点接地适合于磁兼容设计方案的正确性。现在，国外又推出了一些低频线路，可有限的避免单元间的地阻抗干扰。多点电磁兼容设计软件，对电路的电磁兼容性能从场和接地适合于高频电路，设备中各接地点都就近接地，路两方面进行模拟和分析，使电磁兼容设计变得更可减少辐射和高频驻波现象。通常，设备内的地线有便捷。由此可见，电磁兼容技术正逐步趋于成熟。分为电源地和信号地，电路设计时电源地线都连接□