电子产品EMC设计的基本概念以及预防控制方法解析

在全球市场化和国际贸易更加频繁的今天，如果电子产品EMC指标不符合国际和使用国家的相关标准，就被列入不合格产品，无法出售，更谈不上电子产品的价值。今天我们就讲一下EMC设计及预防控制手段等各种相关知识。

有过电子产品开发经验的朋友，可能都有过深刻而痛苦的体会，辛辛苦苦设计好所有产品工作，等到做好样机时机时，要么电磁辐射超标，要么旁边突然有人打个手机，设备莫名其妙的“挂”了，出现各种异常、宕机、严重的直接冒烟而这一切的根本原因则是EMC设计没有做好，EMC设计目标是产品可靠性重要的一部份。

1 什么是EMC？

电磁兼容性EMC（Electromagnetic CompaTIbility）：

是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行，并且并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此，EMC包括两个方面的要求：

一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；

另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

所以引申出两种概念：

1.电磁干扰EMI（ElectromagneTIc Interference）

电磁干扰导致电子设备相互影响，并引起不良后果的一种电磁现象。

2.电磁敏感性EMS（ElectromagneTIc SuscepTIbility）

设备暴露在电磁环境下所呈现的不希望有的响应程度。即设备对周围电磁环境敏感程度的度量。电磁敏感意味着电磁环境已经造成设备性能的降低。

2 EMC结构设计流程

2.1选用合适结构的EMC设计；

要使产品具有良好的电磁兼容性，需要专门考虑与电磁兼容相关的设计内容。电磁兼容设计一般包含以下几个方面的内容。

1）接地

许多电磁干扰问题是由地线产生的，因为地线电位是整个电路工作的基准电位，如果地线设计不当，地线电位就不稳，就会导致电路故障。地线设计的目的是要保证地线电位尽量稳定，从而消除干扰现象。

2）布板

无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响，或者电路之间产生相互干扰，线路板都是问题的核心，因此设计好线路板对于保证设备的电磁兼容性具有重要的意义。线路板设计的目的就是减小线路板上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性，减小线路板上电路之间的相互影响。

3）屏蔽

对于大部分设备而言，屏蔽都是必要的。特别是随着电路工作的频率日益提高，单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。产品的屏蔽设计与传统的结构设计有许多不同之处，一般如果在结构设计时没有考虑电磁屏蔽的要求，很难将屏蔽效果加到产品上。所以，对于现代电子产品设计，必须从开始就考虑屏蔽的问题。

屏蔽主要用于切断通过空间的静电耦合、感应耦合形成的电磁噪声传播途径，这三种耦合又对应于静电屏蔽、磁场屏蔽与电磁屏蔽，衡量屏蔽的质量采用屏蔽效能这一指标。

电磁波经过一种材料会产生如下3种情况：

反射、吸收和透过。

所以屏蔽材料必须拥有反射或吸收的特性。

目前主流的电磁屏蔽解决方案材料有：

不锈钢、铜箔、铝箔、导电涂料、电磁波吸收材料（铁氧体、镍粉、碳黑、羰基铁等）。

屏蔽是结构工程师对电子产品是一种非常实用的手段，特别是消费类电子产品，如手机，用的非常多，下面就举一些实例：

3.1）金属屏蔽罩：

3.2）铜箔屏蔽：

3.3）电磁屏蔽毡

3.4）电镀导电屏蔽层

3.5）镁合金外壳

镁合金是功能化与结构化相结合，既能实现电磁屏蔽功能，又能实现工程结构承重的带有“智能化”特性的屏蔽材料。但这种方法对电磁屏蔽作用存在一定的争议，暂时不要将其做主要方法。

4.滤波

对于任何设备而言，滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线，因此，设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的，而外界干扰往往也是首先被导线接收到，然后串入设备的。滤波的目的就是消除导线上的这些干扰信号，防止电路中的干扰信号传到导线上，借助导线辐射，也防止导线接收到的干扰信号传入电路。

手段：如采用滤波元器件。

当然，这几种设计会通常会混合使用，以求达到EMC测试要求。

因为各行业对EMC的要求会有很大不同，所采用的主要手段也大不相同，如作者所见车用电子产品采用金属屏蔽罩的就较少，而智能手机却有一堆。所以建议对比标杆产品，选用合适的EMC结构。这里切记自性心爆棚，随意跨行业选用EMC设计结构，有利有弊的。

2.2选用此种EMC结构对应的标准；

EMC结构设计严格标准是很少，作者所见的EMC文档资料多为参考性质，如上述的实例所示。设计时需要具体精确到EMC结构的细节特征，并在此结构范围下再次细化标准的寻找，直到找到最小特征的标准为止。

如采用金属屏蔽罩结构，选用合适供应商之后，可参考供应商提供的标准，如：

3.照章办事；

3.1耐心解读标准；

因为EMC结构的标准不完善，就算是好的供应商提供的标准也很难说是正确完美的，所以通读、理解、梳理这些不完善的标准很需要耐心和专业素养。

3.2.作图；

材质，尺寸与公差，测试等要求，都是要在图纸上表现。规范的图纸是实力的体现。

3.3计算书；

EMC基本上以测试为准，但有些EMC细节特征设计需要公差控制，所以对应公差分析的计算书是需要的。

4.特征优化：书面形式的上升空间；

以书面形式表达EMC结构的优化设计方法，可以写在计算书中。

EMC结构的优化方向有：

4.1EMC设计方法的更换：依据DFA原则，更少的零件能减少装配时间，增加可靠性。所以若能用布板的方式达到EMC控制的效果，就不需要采用金属屏蔽罩。其他如镁合金的金属外壳也可以考虑代替塑胶壳+导电布等。

4.2零件结构的简化：如合理的布板能简化金属屏蔽罩的结构。

4.3材料成本：如喷涂导电粉时是否一定要用银粉，是否能用铜粉，或用其他EMC设计手段替代，和4.1有些重复。
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