第三章 电磁骚扰的传导发射和传导耦合
电磁兼容基本知识介绍电磁耦合机理
1、传导耦合导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。
在音频和低频的时候由于电源线、接地导体、电缆的屏蔽层呈现低阻抗，故电流注入这些导体时容易传播，当噪声传导到其他敏感电路的时候，就能产生干扰作用。
在高频的时候：导体的电感和电容将不容忽视，感抗随着频率的增加而增加，容抗随着频率的增加而减小。
jwL,1/jwC解决方法:防止导线的感应噪声，即采用适当的屏蔽和将导线分离，或者在骚扰进入明暗电路之前，用滤波的方法将其从导线中除去；2、共阻抗耦合当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。
3、感应耦合a）电感应容性耦合干扰电路的端口电压会导致干扰回路中的电荷分布，这些电荷产生电场的一部分会被敏感电路拾取，当电场随时间变化，敏感回路中的时变感应电荷就会在回路中形成感应电流，这种叫做电感应容性耦合。
解决方法：减小敏感电路的电阻值，改变导线本身的方向性屏蔽或者分隔来实现。
b）磁感应耦合干扰回路中的电流产生的磁通密度的一部分会被其他回路拾取，当磁通密度随时间变化时就会在敏感回路中出现感应电压，这种回路之间的耦合叫做磁感应耦合。
主要形式：线圈和变压器耦合、平行双线间的耦合等。
铁心损耗常常使得变压器的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。
平行线间的耦合是磁感应耦合的主要形式要想减少干扰，必须尽量减少两导线之间的互感。
4、辐射耦合辐射源向自由空间传播电磁波，感应电路的两根导线就像天线一样，接受电磁波，形成干扰耦合。
干扰源距离敏感电路比较近的时候，如果辐射源有低电压大电流，则磁场起主要作用；如果干扰源有高电压小电流，则电场起主要作用。
对于辐射形成的干扰，主要采用屏蔽技术来抑制干扰。
开关电源EM必须掌握的概念
1.电磁干扰的产生与传输电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式，另一种则是辐射传输方式。
传导传输是在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接，干扰信号沿着连接电路传递到接收器而发生电磁干扰现象。
辐射传输是干扰信号通过介质以电磁波的形式向外传播的干扰形式。
常见的辐射耦合有三种：1）一个天线发射的电磁波被另一个天线意外地接收，称为天线对天线的耦合；2）空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合。
3）两根平等导线之间的高频信号相互感应而形成的耦合，称为线对线的感应耦合。
2.电磁干扰的产生机理从被干扰的敏感设备角度来说，干扰耦合又可分为传导耦合和辐射耦合两类。
● 传导耦合模型传导耦合按其原理可分为电阻性耦合、电容性耦合和电感性耦合三种基本耦合方式。
● 辐射耦合模型辐射耦合是干扰耦合的另一种方式，除了从干扰源发出的有意辐射外，还有大量的无意辐射。
同时，PCB板上的走线无论是电源线、信号线、时钟线、数据线或者控制线等，都能起到天线的效果，即可辐射出干扰波，又可起到接收作用。
3.电磁干扰控制技术①传输通道抑制● 滤波：在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。
滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大，只有安装位置恰当，安装方法正确，才能对干扰起到预期的滤波作用。
在安装滤波器时应考虑安装位置，输入输出侧的配线必须屏蔽隔离，以及高频接地和搭接方法。
● 屏蔽：电磁屏蔽按原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。
电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽包含低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。
不同类型的电磁屏蔽对屏蔽体的要求不同。
在实际的屏蔽中，电磁屏蔽效能更大程度上依赖于屏蔽体的结构，即导电的连续性。
实际的屏蔽体由于制造、装配、维修、散热、观察及接口连接要求，其上面一般都开有形状各异、尺寸不同的孔缝，这些孔缝对于屏蔽体的屏蔽效能起着重要的影响作用，因此必须采取措施来抑制孔缝的电磁泄漏。
【EMC系列课程】01-电磁兼容三要素及耦合途径
2. 电磁干扰源及其特征
Q：干扰源为何会产生电磁干扰？
电
磁
电磁 场
安培：电
法拉第：磁
麦克斯韦：电磁场
变化的电压电流产生交变的磁场，可以产生EMI问题； 交变的电磁场，又容易在闭合回路由于磁通量的变化，产生感应电压与电流，又带来EMS抗扰度问题；
电磁干扰举例1：
从场的角度进行分析，假如回路1变化的电流I，产生一个变化的电磁场，它会对外辐射，产生辐射干扰，如果这个变化的 电磁场，又恰好穿过了回路1周边的其他闭合回路，那么，根据法拉第电磁感应定律：变化的磁场穿过回路2，在回路2产 生感应电动势，则回路1就对回路2产生了干扰。
如果，电路1的电压是不变的，那么，电容隔直，也起不到耦合的作用，此时，也不存在电路1对电路2的电磁干扰。（注： 此时虽然不存在电磁干扰，但若电路1电压很高，则有可能会产生电场的干扰影响）；
二、电磁干扰耦合途径
1. 耦合途径分类
总结： ① 电磁干扰耦合途径，分为两类：传导耦合、辐射耦合。从上图可以看出，任何产品，任何干扰，耦合途径都
电磁干扰举例2：
从电路的角度分析，比如上面的图，电路1和电路2，两个电路之间有分布电容，在这里，我们假设电路1是强干扰的电路， 电路2是敏感的电路，电路1在工作的时候，它的导线上面会有一个电压，这个电压如果是交变的，那么，根据电容隔直 通交的特性，电路1的干扰就会通过分布电容，传递到电路2上，那么，电路1就对电路2产生了干扰；
电磁兼容（ EMC--Electro Magnetic Compatibility）是一门新兴的综合性学科，主要研究电磁干扰和抗干扰 的问题。其定义为“设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的 能力”。
工程电磁兼容
（2）分贝量与原物理量的相互换算
①功率：PdBW = 10lgPW ；PdBm = 10lgPmW = 10lgPW + 30；PdB μ = 10lgPμW = 10lgPW + 60
【例 2-2】0dBm、30dBm、60dBm、-30dBm 值为多少毫瓦？
，A 和 B 与距离无关，而对于电场源而言 R 随距离 r 的增大
−2
而以r 而变化，即随距离的变大屏蔽效能变小；而对于磁场源而言 R 随距离的增大而以r2 而
变化；即随距离的变大屏蔽效能变大。因此为了提高屏蔽效能，如果近区为电场源，主要对
电场干扰进行屏蔽，屏蔽体应尽量靠近干扰源，为磁场源，主要对磁场干扰进行屏蔽，屏蔽
解：由PdBm = 10lgPmW = 0，有PmW = 1mW
由上面公式依次可得 30dBm=103 mW、60dBm=106 mW、-30dBm=10−3 mW
☆由分贝单位转为绝对单位步骤：
Ⅰ.将以 dB 为单位的值除以 20（电压或电流）或 10（功率）。
Ⅱ.求以 10 为底的幂值。
Ⅲ.对于 dBμA、dBμV 和 dBμW，将结果乘以10−6 ，dBmA、dBmV 和 dBmW,将结果乘以10−3 ，结
电路 2，因此此时原感应电压上要叠合此时的这个感应电压，而两个感应电压具有相反的极
性，具有减小磁场耦合的作用。
（2）携带均匀轴向电流的管状导体空腔内部无磁场，屏蔽体与中心导体之间的互感等于屏
蔽体的自身自感。
（不要求屏蔽体与其内部导体同轴）
6、电磁辐射的基本概念
电磁波就其与波源的关系来看，可以分为两类：束缚电磁波（在波源附近）、自由电磁
第3讲 电磁骚扰传输机理
3.2 电磁辐射理论基础
3.3.电电磁能量进入周围空间，这种 现象称为电磁辐射
产生电磁波的辐射源最简单的方式就是电偶极 子与磁偶极子； 实际辐射源都可看成由许多偶极子组成，所 产生的电磁波也就是这些偶极子辐射电磁波的合 成。
电偶极子
3.5 传导耦合的传输线理论
传输线是一个广义的概念
3.5 传导耦合的传输线理论
单根传输线的传导
采用传输线理论及波过程理论、电路理论 进行分析
传输线间的耦合
平行传输线之间的耦合又叫“串音”
电磁辐射在传输线上产生干扰的分析
骚扰源产生的空间电磁场在传输线上会产生分 布干扰电压源
3.6. 3.6. 容性耦合
远区电磁场的特点
3.4、辐射耦合 、
当距离干扰源为远场强时，干扰以空间电磁波的形式耦合 到受感器 外界电磁骚扰进入电子设备并干扰其中的敏感电路的途径 电子设备的接受天线，以及具有天线效应的输入、输 出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然的电磁波通道） 经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系统，并 以传导耦合的方式到达受感器 上述馈线、机壳和配电线在辐射来自外界或设备本身 泄漏的电磁波，并由该设备的天线所拾取
一段长度比电磁波波长小得多的载流导线
磁偶极子
一个半径 远小于波长的小环形载流导线可 一个半径a远小于波长的小环形载流导线可 看成是磁偶极子
电磁场区域的划分
最简单的简化方法就是考虑这些电磁场从 源至物体的距离相对于辐射源的波长是属 于近距离、还是属于远距离
近区电磁场的特点
电偶极子场的波阻抗大于磁偶极子场的波 阻抗。前者是容性高阻抗场，电磁场分布易 受周围低阻抗物体影响。后者是感性低阻抗 场，不易受外界影响； 电磁场能量在r的方向作往返振荡； 电偶极子场电场强度按1/r 3的规律减小，磁 场强度按1/r 2的规律减小。磁偶极子场的磁 场强度按1/r 3的规律减小，电场强度按1/r 2 的规律减小；
EMI问题的三规律和三要素
EMI问题的三规律和三要素EMC问题三规律和三要素EMC（ElectromagneTIcCompatibility）即电磁兼容。
它是研究电磁干扰的一门技术。
电磁干扰是我们周边电磁能量使电子设备的运行产生不应有的响应。
EMC的技术目的在于使电气装置或系统在共同的电磁环境条件下，既不受电磁环境的影响，也不会给环境以干扰。
下面我们认识以下EMC领域的三个重要规律和EMC问题三个要素：一、EMC三个重要规律规律一、EMC费效比关系规律：EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。
在新产品研发阶段就进行EMC设计，比等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高；反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。
经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。
相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。
规律二、高频电流环路面积S越大，EMI辐射越严重。
高频信号电流流经电感最小路径。
当频率较高时，一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。
电磁辐射大多是EUT 被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。
对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。
减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。
规律三、环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。
减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。
电磁兼容设计-Audix敦吉
二极管端接
适合阻抗难以匹配以及多驱动多负载的复杂 情况。
产生共模骚扰的原因
某些点地电位过高，与参考地之间存在共模 电压，接上导线后产生共模电流。
外界磁场在导线上产生感应电压，从而在导 线上产生共模电流。
共模/差模在频率上的分布
0.01-0.1MHz 差模
0.1-1MHz
差模/共模
1MHz以上
共模
线路板上的辐射机理
差模辐射
共模辐射
电磁发射测试
传导发射 连续骚扰 断续骚扰
辐射骚扰 其它
谐波 闪烁
电磁骚扰发射频谱
谐波：
0-2kHz
电压波动和闪泺 0-150kHz
传导发射
9kHz-30MHz
辐射发射
30MHz-1GHz或更高
抗扰度测试
传导 辐射 静电 脉冲群 浪涌 工频磁场 跌落中断 振荡波 其它
2、产品的各个模块可以共存，不致引起 相干扰。
3、产品能通过电磁兼容试验
电磁骚扰的危害
电磁骚扰：任何可能相起装置、设备或系统 性能降低或对有生命或无生命物质产生损害 作用的电磁现像。 注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号 或传播媒介自射的变化。
电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道 或系统性能的下降。
感应耦合分：容性耦合、感性耦合
容性耦合
感应电流 两条信号线间产生的电容性耦合
感应电流
减小电感应耦合方法
减小寄生电容的大小 （增大间距）
减小输入阻抗、增大输出阻抗 （串联输出电阻、磁珠、磁环、并联电阻、 电容）
导线紧贴地平面 增加屏蔽 增加滤波
磁感应耦合
变化的磁通
电磁兼容（EMC）基础知识全面详解
电磁兼容（EMC）基础知识全⾯详解⼀、电磁兼容概念电磁兼容EMC（Electromagnetic compatibility) 对于设备或系统的性能指标来说，直译为“电磁兼容性” ；但作为⼀门学科来说，应该译为“电磁兼容”。
国家标准GB/T4365-1995《电磁兼容术语》对电磁兼容所下的定义为“设备或系统在其电磁环境中能正常⼯作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能⼒。
” 简单的说，就是抗⼲扰的能⼒和对外骚扰的程度。
电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种⽤电设备（分系统、系统；⼴义的还包括⽣物体）可以共存并不致引起降级的⼀门科学。
⼆、基本概念Electromagnetic compatibility（EMC）电磁相容—电⼦产品能够在⼀电磁环境中⼯作⽽不会降低功能或损害之能⼒；Electromagnetic interference（EMI）电磁⼲扰—电⼦产品之电磁能量经由传导或辐射之⽅式传播出去的过程；由⼲扰源、耦合通道及被⼲扰接收机三要素组成。
Radio frequency（RF）⽆线电频率，射頻—通訊所⽤的频率范围，⼤约是10kHz 到100GHz。
这些能量可以是有意产⽣的，如⽆限电传发射器，或者是被电⼦产品⽆意产⽣的；RF能量经由两种模式传播： Radiated emissions（RE）—此种RF 能量的电磁场经由媒介⽽传输；RF 能量⼀般在⾃由空间（free space）內传播，然⽽，其他种类也有可能发⽣。
Conducted emissions（CE）—此种RF 能量的电磁场经由道题媒介⽽传播，⼀般是经由电线或内部连接电缆；Line Conducted interference（LCI）指的是在电源线上的RF 能量。
Susceptibility 容忍度，耐受性—相对的测量产品暴露在EMI环境中混乱或损害的程度。
Immunity 免疫⼒—⼀相对的测量产品承受EMI的能⼒；Electrical overstress（EOS）电⼦过度⾼压—当遇到⾼压突波产品承受到的损坏或只是功能丧失；EOS包括雷击以及静电放电的事件。
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（4）公共阻抗耦合举例
电路1 电路2
~
地电流1
公共地阻抗 地电流2 改进1 改进2
~
V
~
第3节 传导发射测量
一、传导发射测试概述
测试场地-屏蔽室 传导发射测量设备
测量接收机 人工电源网络（AMN）
线性阻抗稳定网络（LISN）
电压探头或电流探头 功率吸收钳
传导发射测量参数
传导骚扰电压 传导骚扰电流（共模电流和差模电流）
传导功率
频率范围的上限是30MHz
二、传导发射测量场地——电磁屏蔽室
电源滤波器
电缆接线板
通风板
通风板
三、传导发射测量设备
（1）测量接收机
测量接收机也叫EMI测量仪是电磁兼容测试 中应用最广、最基本的测量仪器
测量接收机的三大组成部分
（2）差模骚扰
差模骚扰作用时，骚扰电压差动地出现在两个信号线 之间，与所加信号相同的方式存在于信号电路中。
差模电流大小相等，方向相反
差模电流和信号电流往返路径一致，很难消除。
产生差模电流的原因
外界电磁场在信号线和信号地线之间直接 感应出差模电流 来自电网中其它设备的干扰电流，如感性 负载的通断 共模电流转换为差模电流
Zs R j L
为电源内阻和电源线阻抗
（2）共ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ线阻抗耦合
当两个或多个电路共用地线时，将产生共地线阻
抗耦合。一个电路的电流通过公共地线阻抗在另
一个电路上出现干扰电压。
Z g R j L 为地线阻抗
（3）共线路阻抗耦合
电路2的电源电流的任何变化都会影响电路1的电
源电压，这就是由公共线路阻抗耦合造成的干扰
一、传导发射和传导耦合
传导发射（Conducted Emission）是指系统内 部的电压或电流通过信号电缆、电源线或地 线传输出去而成为其他系统或设备的干扰源 的方式称为传导发射。 传导耦合是指骚扰源的电磁能量以电压或电
流的形式通过金属导线耦合至敏感设备。该
金属导线可以是电源线、地线或信号线。
二、公共阻抗耦合
公共阻抗耦合：骚扰源和敏感设备通过公 共阻抗上的电压或电流交链而构成的电磁 骚扰的耦合 产生公共阻抗耦合的原因：是由于骚扰源 与敏感设备共用一个电路阻抗而产生的。
共用电源线时称为共电源阻抗耦合，共用
地线时称为共地阻抗耦合。
（1）共电源阻抗耦合
只要有电源线的产品都会涉及到电磁骚扰的共电源
耦合，包括许多直流供电产品。另外，信号/控制 线也会有传导发射和传导耦合存在。传导骚扰通常 用骚扰电压或骚扰电流表示。
（3）共模和差模电流的测量
I1 I C1 I D I 2 I C2 I D I1 I 2 I C1 I C2
电流钳工作原理和结构
（4）共模骚扰和差模骚扰的转换
通常由于电路结构的不平衡， 共模骚扰电流会转换为差模骚扰电流。
Z1 Z 2
第2节 传导发射和传导耦合
第3章 电磁骚扰的 传导发射和传导耦合
电磁骚扰源与敏感设备间的传 输耦合途径
电磁骚扰传输耦合进电子设备或系统并对其造 成干扰的途径有： (1) 电子设备的接收天线，以及具有天线效应的输 入、输出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然 的电磁波通道）；
(2) 经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系 统，并以传导耦合的方式到达敏感设备；
隔离电网干扰，提供稳定的测试阻抗，并起 到滤波的作用
LISN电路
射频输出 射频输出
注 意 瞬 态 高 压 损 坏 仪 器
电磁场与电磁兼容
（3）电压探头/电流探头
如果设备额定电流过大，没有合适的LISN可 用，也可以直接用电压探头来测量电源端的 骚扰电压
电流探头结构
（4）功率吸收钳（Absorbing Clamp）
(3) 设备的外接电缆与骚扰源设备的信号电缆近距 离并行布线，骚扰信号以串扰的方式从信号电缆耦 合进入设备或系统中。
第1节 共模骚扰和差模骚扰
一、共模骚扰和差模骚扰
对设备造成干扰的电磁骚扰源分为共模骚扰和差模骚扰
（1）共模骚扰
共模骚扰表现为出现在每个信号线上的对地骚扰电压相等。
共模骚扰由信号线和地线之间的共模噪声电流引起。
线性 放大电路
检波器
指示电表
线性 放大电路
检波器
指示电表
线性放大电路
放大 ●选频---通频带
●
线性 放大电路
检波器
指示电表
包络检波电路：将中频噪声电压检波成 直流或缓慢变化的电流
线性 放大电路
检波器
指示电表
指示电表：显示检波器解调的结果
（2）人工电源网络（AMN）/线性阻抗稳定网 络（LISN）
结构：
1）宽带射频电流变换器； 2 ）宽带射频功率吸收体和受试设备引线的阻 抗稳定器； 3） 吸收套筒，即铁氧体环附件；
骚扰功率测量：
1）频率测试范围（30-300MHz）
功率吸收钳
吸收钳结构
四、传导发射测试布置
电磁场与电磁兼容
测试结果举例
共模电流：
大小近似相等
方向相同
共模电流本身不会对电路产生影响，只有当共模 电流转换为差模电流，才会对电路产生影响。
共模骚扰的产生
ICM
V
ICM
V
ICM
产生共模骚扰电流的原因
外界电磁场在所有信号线上感应出等幅同 相的电压，该电压产生共模电流
电缆两端所接的地电位不同引起地电压差， 该电压产生共模电流 信号线与地之间存在电位差，该电位差引 起共模电流 静电感应