单板硬件EMC_EMI测试：掌握防止电磁干扰的终极实践


参考资源链接：[详述单板硬件测试规范：关键环节与技术指标](https://wenku.csdn.net/doc/4uui6dz088?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. EMC/EMI测试基础概述

在当今这个电子设备无处不在的世界中，确保电子产品的电磁兼容性（EMC）和控制电磁干扰（EMI）是我们面临的重大挑战。本章将作为整体内容的引入，为读者提供EMC/EMI测试的入门知识。

## 1.1 EMC/EMI测试的重要性

随着电子产品复杂性的增加，EMC/EMI问题可能会导致设备性能降低、数据丢失甚至安全事故。因此，对产品进行EMC/EMI测试，确保其在电磁环境中的可靠性和兼容性，已成为产品设计和开发过程中的关键步骤。

## 1.2 测试的基本概念

EMC测试主要分为两类：辐射发射测试和传导发射测试。辐射发射测试关注的是设备产生的电磁波是否超出了限制标准；而传导发射测试关注的是设备通过电源线或信号线传导的电磁干扰。EMI测试则着重于设备对外界电磁环境的抗干扰能力。

## 1.3 测试的一般流程

通常，EMC/EMI测试流程包括准备测试环境、搭建测试平台、样品的准备和设置测试参数。随后进行各类测试，并通过分析测试结果，找出可能的问题并进行优化，直到产品满足相关国际标准为止。

# 2. EMC/EMI理论知识精讲

### 2.1 电磁兼容性(EMC)的基本原理

电磁兼容性（EMC）是指电子设备或系统在预期的电磁环境中正常运行，不会对环境产生不可接受的电磁干扰（EMI），同时也能在该环境中正常运行，不受其他设备产生的电磁干扰影响。EMC的实现是确保电子设备在各种电磁环境下稳定运行的关键。

#### 2.1.1 电磁干扰(EMI)的传播途径

EMI可以通过多种途径传播，大致可以分为三种基本类型：传导干扰、辐射干扰和电磁场干扰。传导干扰主要通过导电介质传播，如电缆、电源线等；辐射干扰则是通过空间传播，如无线电波；而电磁场干扰则涉及变化的电磁场，比如磁感应。

**传导干扰** 通常是由于电流或电压的突变引起的，可以通过电源线、信号线传播到其他电路中，形成干扰。

flowchart LR
    EMI(EMI 源) --> Conductor[传导干扰<br>通过电源线或信号线传播]
    EMI --> Radiation[辐射干扰<br>通过空间传播]
    EMI --> Field[电磁场干扰<br>变化的电磁场相互作用]

**辐射干扰** 可以通过空间直接辐射的方式影响其他设备，或者通过设备的非导电介质如空气传播。

**电磁场干扰** 则是由于设备产生的变化电磁场与邻近设备产生相互作用而形成的干扰。

#### 2.1.2 常见的EMI源及影响

EMI源可以是各种各样的电气或电子设备，包括但不限于电力线、无线通信设备、电子开关设备等。这些设备通过辐射或传导的方式产生电磁干扰，影响其他设备的正常运行。

| EMI 源类型           | 典型设备举例                       |
|---------------------|-----------------------------------|
| 无线通信设备        | 手机、无线路由器、蓝牙设备         |
| 高频开关电源        | 变频器、开关模式电源、逆变器       |
| 电机和电力设备      | 发电机、变压器、电动机             |
| 计算机和其他数字设备 | 个人电脑、服务器、打印机           |
| 低压照明设备        | 日光灯、LED灯、高压钠灯            |

这些EMI源发出的干扰，有可能导致设备的通信误差、数据丢失、功能异常，甚至对人的健康产生影响。因此，对EMI源的识别和管理是实现EMC的基础。

### 2.2 EMC/EMI相关的国际标准和法规

为了规范电子设备的EMC性能，国际上制定了一系列EMC标准和法规。这些标准为企业提供了设计、测试和合规的指导，确保了电子设备的全球互操作性。

#### 2.2.1 主要国际EMC标准概览

主要的国际EMC标准包括国际电工委员会（IEC）制定的标准、欧洲电工标准化委员会（CENELEC）制定的EN标准、美国联邦通信委员会（FCC）的规定，以及各国自定的国家标准。

**IEC标准**，如IEC 61000系列，为设备的EMC性能提供了广泛的技术要求和测试方法。

**EN标准**，如EN 55011和EN 55022，是基于IEC标准的欧洲版，通常与之等效。

**FCC规定**，如FCC Part 15和FCC Part 18，涵盖了美国的商业、工业设备以及医疗设备的EMC要求。

各国的国家标准通常会参考这些国际标准，并结合本国的实际情况进行适当的调整和补充。

#### 2.2.2 遵守标准的意义和要求

遵守EMC标准的意义主要体现在以下几个方面：

- **避免干扰**：确保设备不会对其他设备产生干扰，避免经济损失和法律责任。
- **市场准入**：满足标准的设备更容易获得市场准入，特别是出口到国际市场。
- **消费者信任**：符合EMC标准的设备能够增强消费者信心，提升品牌形象。
- **兼容性保障**：符合标准的设备能够保证在复杂的电磁环境中正常工作，提高产品的可靠性和稳定性。

### 2.3 硬件设计中的EMC/EMI控制策略

硬件设计阶段是实施EMC/EMI控制策略的最佳时机，这一阶段的决策将直接影响产品的EMC性能。

#### 2.3.1 硬件设计阶段的EMC考虑

在硬件设计阶段，必须考虑EMC要求，从源头上减少EMI的产生。这包括选择合适的元件、布线和布局、电源设计、信号完整性等。

- **元件选择**：选择具有低EMI特性的元件，如低辐射开关电源。
- **布线和布局**：合理布局电路板，使用地平面和电源平面，最小化信号回路面积。
- **电源设计**：采用适当的滤波器和稳压器来抑制电源线上的噪声。
- **信号完整性**：确保高速信号线远离敏感信号，使用差分信号传输等。

#### 2.3.2 EMI滤波器和接地技术

滤波器是控制EMI传播的重要手段，接地技术也是硬件设计中极为关键的EMC措施。

**滤波器** 的设计和应用，可以有效抑制通过导线传播的EMI。例如，在电源输入端使用共模和差模滤波器组合，以减少辐射和传导干扰。

| 滤波器类型 | 作用 | 应用举例 |
|------------|------|---------|
| 共模滤波器 | 抑制两条导线对地共模干扰 | 电源线 |
| 差模滤波器 | 抑制两条导线之间的差模干扰 | 信号线 |

**接地技术** 包括单点接地、多点接地和混合接地。正确的接地设计可以提供稳定的参考点，减少信号的干扰和辐射。

实现良好的接地策略，需要注意保持地线的低阻抗，避免地线的环路，以及控制地回路的大小。

通过以上措施，可以在硬件设计阶段大大降低EMI的影响，为产品的EMC性能打下坚实的基础。

# 3. EMC/EMI测试前的准备工作

## 3.1 测试环境的搭建和设备选择
### 3.1.1 选择合适的测试实验室
搭建一个EMC/EMI测试环境，首先需要确定合适的测试实验室。实验室的选择应当基于以下标准：

- **实验室认证**：实验室应当获得国际认可或当地权威机构的认证，这保证了测试结果的客观性和准确性。
- **测试能力**：了解实验室所具备的测试能力，例如是否有能力进行辐射发射测试、传导发射测试和抗扰度测试等。
- **测试场地**：测试场地的大小、形状和可选的测试配置等，这些因素会影响测试结果的准确性和重复性。
- **价格与服务**：考虑实验室的测试费用和提供的服务质量，包括报告的详细程度和技术支持。

### 3.1.2 测试设备和工具的准备
EMC/EMI测试需要一系列专业的测试设备和工具，以下是测试准备的关键设备清单：

- **EMI接收机**：用于测量辐射和传导发射。
- **干扰信号发生器**：用于执行抗扰度测试。
- **天线系统**：配合接收机使用，根据频率范围选择合适的天线。
- **信号分析仪**：对EMI信号进行频谱分析。
- **屏蔽室/暗室**：用于避免外部干扰，保证测试结果的纯净性。
- **接地和电源设备**：确保良好的接地和稳定的电源供应。

设备选择时，应确保所有设备都符合或超过所需测试标准的要求，并定期进行校准以保证准确性。

## 3.2 样品的准备和测试条件的设定
### 3.2.1 样品的准备流程和要求
样品的准备是一个重要步骤，它直接影响到测试的准确性和结果的重复性。样品准备流程如下：

1. **清洁和干燥**：确保样品表面无污物、