电磁兼容(EMC)设计原理和整改流程

电磁兼容设计和整改流程

随着中国参与国际经济贸易活动的深入，产品认证成了生产厂家产品推向市场的瓶颈，其中尤其电子产品的电磁兼容认证成为整个产品认证的拦路虎，往往在认证的最后阶段才发现要解决电磁兼容问题不得不对原设计的电路和结构重新修改，临时的修改还往往使产品的性能和可靠性降低。电磁兼容的测试只是评估产品电磁兼容设计的水平，测试本身并不能改变产品的电磁兼容，电磁兼容是设计出来的、生产出来的，只有生产厂家的产品电磁兼容设计水平提高了，产品电磁兼容的质量才能提高，产品设计的可靠性才能有保障。本文详细剖析产品设计和电磁兼容整改的过程，并详细说明每个设计和整改过程中怎样运用电磁兼容的测试手段发现问题、选择最佳的解决方案。

电磁兼容控制所运用的方法和程序在产品研制不同阶段是不同的，方案、设计、开发／样机、生产、测试／认证和运行，各阶段均为实施电磁兼容工程提供了一定的机会。实施电磁兼容是一项极其复杂的任务，如右图所示在研制开发电视、音响等电子产品时，应在尽可能早的阶段上注意保证它们的电磁兼容性。随着电视、音响等电子产品研制开发工作的完成，可以利用的抑制干扰和抗干扰措施的数目减少，而其成本反而增加。方案阶段是提供最佳费效比的机会，而生产阶段提供的可能性通常最少，据国外资料介绍，在产品的研制开发阶段及时采取措施可以避免（80~90）％的与干扰影响有联系的、潜在可能的困难。相反，在较晚的阶段上采用解决方法，结果表明将更加复杂，需要追加工作量和增加原材料的消耗，增加研制周期，有时甚至根本不可能解决。有效的电磁兼容控制常常是比较困难的，因为电磁干扰方位与耦合途径的大量可能组合涉及到许多变量，敏感电路的抗扰度与电路参数的设计有关，电路参数必须保证的灵敏度往往使提高抗扰度受到一定限制。由于电磁兼容情况的固有复杂性，若要及时地、有效地和高费效比的解决电磁兼容问题，有条理的方法和程序就是相当的重要了。

针对电磁兼容设计的这种特点，我们提出了从产品的设计阶段就要开始分步的进行电磁兼容的设计和整改，把最终的设计目标大事化小，如下图所示，在产品开发的各个阶段适时进行电磁兼容性能的评估和改进，不断地把电磁兼容的整改措施溶入到产品的电路和结构设计中，这样整个产品的开发周期不会有太大的非预期时间延迟，产品的设计不会有太多的非预期成本增加，生产工艺不会有临时的增加，产品的可靠性和性能也不会受到损害。

产品开发一般分为设计概念阶段，设计阶段，样机制作阶段，设计评审阶段和委托检验阶段，分阶段地控制把各阶段的电磁兼容设计和整改溶入到整机的设计方案之中，电磁兼容设计和整改各阶段的工作任务和可以采取的电磁兼容措施如下：

1) 电磁兼容认证要求咨询

首先要明确产品电磁兼容设计的目标，针对产品销售的目标市场，了解目标市场对该产品电磁兼容要求的执行标准，相应需要测试的内容，做出一个电磁兼容性能指标一览表，每个指标都对产品各部分电路和结构提出了相应的要求，由此也就清楚了解了产品应该具备的电磁兼容性能和设计要求。

2) 产品设计布局评估

在考虑各部分电路的总体布局时，尤其注意电源线出口的位置，如果客户没有特殊的位置要求，就主要考虑电路输出的顺序和尽量使电源滤波电路和机内高频发射部分电路或器件之间的空间距离最大，经过电源滤波电路之后留在机内的电源线最短。其次在电源公共地和其它功能模块电路之间布置一条较宽的公共地线。电路板排版时应该使各种功能集成块与其输入输出负载的路径最短，特别是传输脉冲数据信号的导线。脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。非常遗憾的是我们大部分的生产企业由于开发周期越来越短的压力，都把这个阶段的时间压缩的很短，无法做比较全面细致的检查和评审工作，导致到了产品认证的最后阶段才发现元件布局和排版的缺陷，不得不投入大量的人力和物力来整改，造成欲速而不达的局面。如果要避免这种被动的局面发生，开发方可以在产品设计定型之前委托专业的电磁兼容技术服务机构做一个设计评估，一般来说专业的电磁兼容技术服务机构能够根据开发方提供的设计方案，分析原理框图、电路图、现有的外观结构要求，提出符合电磁兼容原理的内部电路结构布局、电路板布局、外壳接地等要求。通过了解各单元电路的工作流程，关键元器件的电磁兼容特性，分析预测各单元电路的电

磁发射能力和电磁敏感特性。和产品责任工程师充分沟通，完成符合电磁兼容规则的机内结构布局示意图、电路板元件布局示意图(关键元件位置、输入/输出接口位置等)、各机箱间接地安装示意图。

3) 模组电磁兼容评估

依据上述步骤完成的单元电路分别进行电磁兼容相关项目的测试评估，必须的测试项目是电源传导骚扰电压、辐射骚扰场强、静电抗扰度、传导抗扰度、辐射抗扰度，根据测试结果评估单元电路的电磁兼容关键件选择、退耦元件选择、PCB排版、接口电路的滤波等是否合理，根据单元电路的电磁干扰特性和抗干扰特性，整机应达到的电磁兼容水平，决定单元电路是否还要增加屏蔽或隔离措施。这种过程需要完成各单元电路相关电磁兼容项目的测试，模组电磁兼容性评估，电磁兼容工程师能够运用他们专业的电磁兼容试验手段和技巧，准确找到产品电磁兼容设计的薄弱环节，采取相应需要整改的对策和应增加的措施，从线路板级解决产品设计的电磁兼容问题。

4) 整机电磁兼容整改

经过整改符合电磁兼容要求的单元电路组装完成后对整机进行电磁兼容相关项目的测试评估，必须的测试项目是电源传导骚扰电压、辐射骚扰场强、谐波电流、静电抗扰度、传导抗扰度、辐射抗扰度，根据测试结果评估整机电路的电源功率分配、安装接地、控制单元的软件兼容性、各单元间的供电和接地网络等是否合理，根据整机电路的电磁干扰特性和抗干扰特性，决定整机电路是否还要增加屏蔽、接地或滤波等措施。如果必测项目没有问题，对所有相关电磁兼容测试项目进行一次认证摸底测试。如果前期的工作很细致、预兼容设计措施到位，这个阶段就可以很顺利，可能只是整机的安装和接地做些调整、全部电磁兼容测试项目的摸底测试而已。电磁兼容工程师需要完成整机电路电磁兼容项目的摸底测试，整机电磁兼容性评估，依据评估的结果找出整机电路和结构电磁兼容设计的薄弱环节，采取相应需要整改的对策和应增加的措施，合理地调整各单元电路或模块之间的地线连接和供电回路的布置，进一步优化电磁兼容设计和整改的工艺措施，从根本上预防电磁兼容问题的发生。

5) 电磁兼容认证测试技术支持

完成上述步骤的整机已经符合电磁兼容认证的相关要求，可以根据市场的需求提出相应的认证申请，如CE、FCC、CCC等具体的产品认证申请。受委托的电磁兼容技术服务机构可以及时地跟进电磁兼容测试的进程，协助解释和选择电磁兼容测试中设备的工作模式，及时调整安全测试发现的不符合安全要求的电磁兼容整改措施，电磁兼容认证测试过程中相应需要临时调整的整改措施，直至电磁兼容认证测试合格为止。

上述电磁兼容设计和整改流程是从根本上保证产品电磁兼容质量和整机质量可靠性的理想模式，从长远来看也是最科学、最可靠、最经济的模式，尤其针对大型专业的设备、全新系列产品的基础型号，是一种保证开发进度，产品认证过程顺利完成，合理控制电磁兼容开发成本的最佳选择。