前言

电子产品的电磁兼容（EMC）及可靠性问题是大多数产品的难题，很多研发人员对此也非常头疼，同时产品整改也会大幅增加测试成本、人力成本以及时间成本。所以，大多数企业研发人员希望可以在产品EMC设计时同步进行产品功能设计，在功能设计的同时完成EMC设计。有一本接地气的关于产品类的EMC设计参考书籍是目前行业电子工程师所亟需的。EMC的分析设计实际上是和测试相关联的，EMC的分析和设计需要建立在EMC测试的基础上。EMC的三要素是关键因素，如干扰源、耦合路径、敏感源/设备。敏感源/设备如果是敏感电路或器件就可能会有EMS问题；敏感源/设备如果是接收天线，当干扰源存在等效发射天线时就可能会有EMI辐射发射问题。传导干扰测试是通过线路阻抗稳定网络（LISN）进行测试的，在50Ω阻抗的情况下，传导干扰的大小程度取决于流过LISN中这个电阻的电流，最简单的处理EMI传导问题的方法就是要降低流经这个电阻的电流，在实践的过程中，在电源端口传导干扰的问题在于流过电源端口的共模电流，分析其共模电流的路径和大小就变得非常重要。在产品可靠性的EMS方面重点描述了三种重要的环境与模拟测试，如SURGE雷电浪涌、EFT快速脉冲群、ESD静电放电。除了差模的雷电浪涌外，其他的测试都是一种典型的共模抗扰度的测试，干扰源是一种共模干扰，是相对于参考接地板的干扰。EMS这些共模干扰源的参考点是参考接地板，按照信号要返回其源，这就意味着这种干扰所产生的电流最终要流回到参考接地板，这是分析EMS这类干扰问题的重点。因此对于EMC的问题，信号电流总是要返回其源头，同时由于研究的是电路中导体的特性（分布参数），所以对于传导干扰来说，当产品进行测试时，干扰电流不流过LISN中的采样电阻或者减小干扰电流流过LISN中的采样电阻就可以解决传导干扰的问题。对于辐射干扰，当在屏蔽暗室进行天线接收测试时，减小流过产品中等效发射天线模型（单偶极子天线模型和环天线模型）的电流，就有利于解决辐射发射的问题。同时，对于产品EMS抗扰度的测试来说，如果不让噪声干扰电流流过或减小流过产品中的关键电路及敏感电路，那么就能解决EMS的问题。这些对EMC设计有利的措施，就是产品EMC设计时所需要考虑的。对于实际应用中EMC的信号源与回路，先分析再设计实现性价比最优化原则，以获得最高性价比的设计。

本书共有10章。

第1章为工程师需要了解的EMC知识，通过对物联产品的EMC实验标准及要求进行分析，提供基本的处理思路和方法。

第2章为物联产品的框架结构和风险评估，重点分析产品结构、线缆布线、原理图、PCB设计与EMC的关系。

第3章通过物联产品系统级的EMC问题，提出了产品系统的电磁兼容分析和设计思路，同时给出了对应的实施措施。

第4章为产品外部干扰问题，主要阐述产品EMS的分析与设计，当干扰电压施加在产品的各个输入/输出信号端口时，干扰所形成的电流将流向产品中的各个部分，通过分析可知当这种共模干扰电流流向电路时，就会对电路产生干扰。通过理论与实践方法，以及合理的产品金属结构设计、电路和PCB设计，可以使施加的共模干扰电流不流向产品的内部电路，以及数字工作地或模拟工作地部分，而使其电流流向结构地（包括产品的接地点、金属外壳、产品金属板等），从而避免关键及敏感电路受到共模电流的干扰。

第5章为产品内部干扰问题，主要讲解产品内部的EMI发射问题，其主要分析产品中流动的共模电流，这种共模电流是产品中流动的EMI共模电流。当这种共模电流流过LISN时，就会有EMI传导发射的问题。当这种共模电流流向电缆或较长尺寸的电路导体时，就会有EMI辐射发射的问题。同时在电路板上还有很多等效的小型单偶极子天线和环天线，可以通过合理的电路设计和分析产品中的噪声信号源的耦合路径来降低EMI的风险。

第6章为产品PCB的问题，主要讲解PCB设计与EMC的关系，无论产品或设备产生电磁干扰发射（EMI问题）还是受到外界干扰（EMS问题）的影响，或者是电路之间产生的相互干扰，PCB设计都是核心点。其PCB中的器件布局、电路布线都会对产品的系统EMC性能产生影响。比如，电路板中的连接线电缆及位置将影响系统共模电流流经的方向，PCB的布线路径将影响电路环路面积的大小，这是PCB问题的关键。因此设计好PCB对于保证产品的EMC性能具有重要意义。接地不仅能解决安全问题，同样对EMC也相当重要，接地的关键点在于地走线、地回路及接地点的位置。有些EMC问题是不合理的接地设计造成的，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，则地阻抗带来的地电位差就会导致电路故障，也可能产生额外的EMI问题。接地设计的关键是要保证地电位稳定，降低地阻抗带来的地压降，消除干扰现象。PCB设计的核心就是减小PCB上的电路产生的电磁辐射发射和来自外部干扰的敏感性，同时减小PCB上各电路之间的相互影响。

第7章为产品金属结构的EMC设计，主要分析产品的金属结构、屏蔽与EMC的关系，对于大部分的产品或设备，屏蔽设计是有必要的。特别是随着产品的工作频率的提高，仅依靠电路板的设计已不能满足EMC标准的要求。合理的屏蔽设计能提高产品的EMC性能，但是不合理的屏蔽设计可能不仅达不到预期的效果，还会引入EMC问题。因此要处理好贯通导体、机箱上面的孔洞和缝隙的设计，合理地设计散热孔、出线孔、可动部件间的搭接，同时在孔缝尺寸、信号波长、传播方向、搭接阻抗之间进行协调。只有设计好的屏蔽导体才能达到屏蔽效果。

第8章和第9章重点分析产品中电源线的EMC问题，以及输入线电缆、连接线信号电缆、接口电路与EMC的关系。连接线电缆是引起辐射发射或引入外部干扰的最主要通道，由于线缆长度的原因，电缆不仅是发射天线，同时也是接收天线。良好的接口电路设计不但可以使内部电路的噪声得到很好的抑制，还可以使发射天线无驱动源，而且还能滤除连接线电缆从外部接收到的干扰信号。正确的连接线电缆及滤波的设计可以为电缆与接口电路提供一个良好的配合通道。

第10章为物联产品的EMI设计技巧，重点分析产品中两类强干扰噪声源，一类是开关电源系统的开关噪声源，另一类是高频的时钟信号源。根据这两类噪声源的噪声特性提出了分析和设计的方法，对出现的常见问题给出了测试整改的思路。

EMC设计的目的是降低EMC测试风险，通过本书描述的EMC分析和设计方法对产品实施性价比最优化原则，让产品具有最低的EMC风险，即使通过测试与整改也能达到最高性价比的设计。由于作者从事工作及产品研究的限制，其EMC设计并不能包含各类电子、电气产品的EMC问题，同时也会因为作者知识结构的不全面性，导致出现一些描述不合理或不够准确，甚至错误的地方，还请广大读者提供宝贵意见和建议。

编者

2021年2月