本书以分析EMC案例分析为主线，通过案例描述分析，介绍产品设计中的EMC技术，向读者介绍产品设计有关EMC的实用设计技术与诊断技术，减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中的误区。所描述的EMC案例涉及结构、屏蔽与接地、滤波与抑制、电缆、布线、连接器与接口电路、旁路、去耦与储能、PCB layout还有器件、软件与频率抖动技术各个方面。

第2版序言 《EMC（电磁兼容）设计与测试案例分析 》在2006年出版以来，受到了广大读者的关注，同时在这两年的时间内也发现了本书不少缺陷，本书修改了第一版的不少缺陷，并且在原来已有案例分析的基础上，通过案例进一步澄清了以下几个重要的EMC设计要点的原理及具体处理措施。 （1） EMC测试的实质，解析标准规定的各种EMC测试项目的实质； （2） 澄清了电源端口滤波电路设计方法，包括滤波电路的选择，滤波元件参数的选择； （3） 澄清了数模混合电路的EMC设计方法，不但澄清了数模混合电路数模电路之间的串扰问题，而且澄清了如何从系统上考虑EMC问题。特别是广大设计者比较疑惑的数字地与模拟地的处理问题； （4） 澄清了对PCB中地平面进行分地的优缺点； （5） 澄清了金属外壳产品PCB中各种工作地与金属外壳之间的互连的方法与原理，涉及两者之间要不要连？如何连？怎么连？在哪里连？等问题； （6） 澄清了PCB边缘为何不能布置敏感线、敏感器件、时钟线或时钟器件等的原理，并澄清了具体的解决与弥补措施； （7） 澄清了多层PCB设计时的层叠设计与EMC问题； （8） 澄清环路引起的差模辐射量级。 中国EMC起步较晚，但是发展较快，经过几年的发展，越来越多的企业及其工程师已经渐渐了解了EMC，也逐渐掌握了一些EMC设计规则，并用以指导产品的设计。然而，在电子技术飞速发展的中国，在产品设计过程中，还存在许多对EMC本质问题的误解。消除这些误解才能帮助读者解决不可避免的EMC难题，这些误解主要体现在： ［接地］ “接地”这个词在接触EMC之前已经进入广大电子产品设计者的视野中了，大家最熟悉的“地”，就是自然界的地球。电子、电气产品为了安全，最终需要把产品的某个金属导体接入“大地”（称为“保护地”），即自然界的地球中(通常通过建筑物中或专用的接地线排接入)。 对于EMC来讲，“接地”可以最大限度地降低产品的EMI辐射，也可以最大限度地减小进入产品的外界干扰。然而，需要把产品接自然界的地球吗？如何正确理解EMC中的“接地”？案例14《PCB工作地与金属外壳直接相连是否会导致ESD干扰进入电路》、案例13《金属外壳屏蔽反而导致EMI测试失败》和案例69《数模混合电路的PCB设计详细解析案例》在一定程度上给出了以上问题的答案，控制好产品EMC并不一定需要把产品接入自然界地球的“地” ，对于EMC来说，“接地”是为了引导共模电流的流向。实际上，对于EMI，EMI的骚扰源的参考点是PCB中工作地上的某一点，为了让骚扰源通过各种途径流入“天线”（如产品中的电缆），正确的接“地”点应该为这个PCB中工作地上的某一点，可见，这种“接地”从EMI骚扰的流向看，应该发生在“天线”（如电缆）之前；对于产品的大多数高频抗扰度来说，干扰源的参考点为测试时的参考接地板，正确的接“地”点应该为参考接地板，它“接地”的目的是为了让外部注入的共模电流不流入产品中的电路。可见，这种“接地”从干扰的流向看，发生在产品的电路之前。产品的“接地”设计首先需要考虑的并非选择或设计“单点接地”或“多点接地”而是考虑“接地”点的位置和“接地”的措施。如果产品具有金属外壳，以上的两种“接地”都可以借助于金属外壳或其他寄生参数很好的实现，这就是金属外壳设备为什么更容易通过EMC测试原因，对于非金属外壳，这两种接地相对变得更为困难，通过EMC测试也会变得更难。 ［环路与差模辐射］ 产品中辐射是如何产生的？ PCB中的信号环路会产生差模辐射， 这是无可争议的事实。公式E( μV /m)=1.3×I ( A )·S(cm2)·F( MHz)/D(m) 给出了这种差模辐射的量级，其中： E(μV /m)：辐射强度, 单位为μV /m； I(A)：环路中一定频率下的电流强度，单位为A； S(cm2):信号环路面积，单位为cm2； F(MHz):环路中产生辐射的信号频率，单位为MHz； D(m)：测试点到环路的距离, 单位为m。 根据这个公式，假设一个时钟信号的电压幅度为3.3V,频率为20MHz（工作电流为3.3V/100Ω＝33mA，3次谐波60MHz的电流分量有效值为0.005A），环路面积为1cm×1cm（通常认为这是一个很差的PCB设计），这个时钟环路在其谐波频率60MHz、3m处所产生的辐射强度为7μV /m，这是一个远比标准规定的辐射发射限值小的辐射值。也就是说，当环路面积还没有达到很大时（随着多层板技术的普及引用，环路面积远可以设计得更小），这种辐射不会超过当今EMC标准所规定的辐射限值。但是值得注意的是，环路面积增加 ，随之带来的共模辐射问题，案例25:《环路引起的辐射发射超标》给出了一种分析。因此，不要过分地强调差模辐射，而忽略了更为重要的共模辐射。 ［屏蔽］假设以上所说的差模辐射超标是一种现实（或产品所导致辐射超标的等效“天线”在屏蔽体内），那么，只要用一个开孔不是很大的金属外壳进行屏蔽就可以解决。此时，金属外壳不需要与PCB做任何连接。但是，随着以上误解的消除，并且产品所导致辐射超标的等效“天线”通常也在屏蔽体外（如电缆），这时，这种金属外壳“屏蔽”的必要性也逐渐下降，案例13《金属外壳屏蔽反而导致EMI测试失败》是产生这种误解的一个典型案例。利用金属外壳取得更好的EMC性能，是因为金属外壳提供了更好的“接地”路径或旁路路径，想要这种路径变得更为直接，就需要考虑PCB与金属外壳之间做合理的互连。设计人员必须消除这种误解，当你有意为你的产品增加“屏蔽”时，你必须对此“屏蔽”所产生的后果负责。为产品设计屏蔽时，必须考虑所产生辐射等效“天线”物理位置，如果不能将其也屏蔽在内，那么就必须考虑PCB与金属外壳之间做合理的互连，实现“屏蔽”与“旁路”的转化。 ［滤波］电容、电感是滤波电路的基本元器件。电感会产生感抗，并随频率增大而增大；电容会产生容抗，并随频率增大而减小。当原来的电路中串入一个电感，或并联一个电容，电感、电容所形成的分压网络会降低负载上的干扰电压，这似乎没有任何问题，或者说：“多串联一个电感或多并联一个电容或多或少是会有好处的”。事实上，电感、电容作为储能元器件，其上的电压、电流存在相位关系，电感、电容所组成滤波网络的一种极端的表现就是谐振。如LC 滤波电路发生谐振发生时，干扰信号并没有被衰减，相反被放大了，这非常可怕。设计好滤波电路，就必须消除这种误解，滤波电路的谐振点必须远离EMC测试频点。同样，滤波器件也并非越多越好。 编著者 前言 国内市场上大部分的EMC书籍存在的一个缺陷就是设计与测试脱节。 谈论EMC设计技术与方法需要建立在EMC测试的基础上，不仅是因为EMC设计的第一道门槛就是EMC测试，更重要的是那些只有在EMC测试中才会存在的EMC关键因素，如干扰源、接受天线、等效发射天线等，这些都是EMC问题分析中不可缺少的一部分。如传导骚扰测试，它的实质是LISN中一个电阻两端的电压，在电阻一定的情况下，传导骚扰的高低取决于流经LISN中这个电阻的电流，EMC设计就是为了降低流经这个电阻的电流；又如典型的抗扰度测试，EFT/B测试、BCI测试、ESD测试，它们是一种典型的共模抗扰度测试，干扰源是一种共模干扰，相对于参考接地板的干扰，也就是说这些干扰源的参考点是进行这些测试时的参考接地板，这就意味着这种干扰所产生的电流最终要回到参考接地板，这是分析这类干扰问题的基本出发点。设想一下，对于以上所说的传导骚扰测试来说，如果你的产品在测试时，骚扰电流不流过LISN中的那个电阻，同时，对于抗扰度测试来说， 这种干扰所造成的电流如果没有经过你的产品电路，那肯定对于这个产品通过这些EMC测试是非常有利的，这就是产品设计时所要考虑的。因此, EMC设计必须从EMC测试开始。《EMC（电磁兼容）设计与测试案例分析》是一本紧密结合EMC测试实质、EMC设计原理及具体产品设计，来讲述EMC设计方法的一本工程参考用书。实践性与理论性的高度结合是本书的最大特点。 本书共分7章，其中第1章描述EMC知识，主要是为第2～8章服务。当读者在阅读这些章节时，如果对一些基本感念比较模糊，则可以方便地查阅。第2～7章部分是案例部分，涉及的EMC案例有典型性和代表性。案例描述都采用同样的格式，即包含［现象描述］、［原因分析］、［处理措施］、［思考与启示］四部分。试图通过每个案例的分析，向设计人员介绍有关EMC的实用设计与诊断技术，减少设计人员在产品的设计与EMC问题诊断中的误区 ，使产品达到良好的EMC性。同时通过案例说明EMC的设计原理，使读者更好地理解设计的由来。［思考与启示］部分实际上是问题的总结与相关问题的注意事项，也可以作为产品设计的EMC检查列表。案例分为下述6大类。 （1） 产品的结构构架、屏蔽、接地与EMC：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EMC标准的要求。合理的屏蔽能大大加强产品的EMC性能，但是不合理的屏蔽设计不但不能起到预期的效果，相反可能引入一些额外的EMC问题。另外，接地不仅有助于解决安全问题，同样对EMC也相当重要，许多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，地线电位就不稳，就会导致电路故障，也有可能产生额外的EMI问题。接地设计的目的是要保证地线电位尽量稳定，降低地压降， 从而消除干扰现象。 （2） 产品中的电缆、连接器、接口电路与EMC：电缆总是引起辐射或引入干扰的最主要的通道，因为它们的长度的原因，电缆不仅是“发射天线”，同时也是良好的“接收天线”。与电缆有着最直接关系的，无非是连接器与接口电路。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，使“发射天线”无驱动源，而且也同样可以滤除电缆从外界接收到的干扰信号。正确的连接器设计，又给电缆与接口电路提供了一个很好的配合通道。 （3） 通过滤波与抑制提高产品EMC性能：对于任何设备而言，滤波与抑制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。滤波与抑制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。 （4） 旁路、去耦与储能：当器件工作时，时钟和数据信号脚上的信号电平按规律发生变化，此时，去耦将提供给元器件在时钟和数据变化期间正常工作的足够的动态电压和电流。去耦是通过在信号线和电源平面间提供一个低阻抗的电源来实现的。在频率升高到自谐振点之前，随着频率的提高，去耦电容的阻抗会越来越低，这样，高频噪声会有效地从信号线上泄放，这时余下的低频射频能量就没有什么影响了。最佳的实现效果可通过储能、旁路、去耦电容来达到，这些电容的值可通过特定的公式计算得到。另外，必须正确适当地选择电容的绝缘材料，而不是根据过去的用法和经验来随意的选择。 （5） PCB设计与EMC：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，PCB都是问题的核心，无论是PCB中的器件布局，还是PCB中线路布线，都会对产品整体的EMC性能产生本质的影响。如接口连接器的仿真位置将影响共模电流流经的方向，布线的路径将影响电路环路的大小，这些都是EMC的关键。因此设计好PCB对于保证设备的EMC性具有重要的意义。PCB设计的目的就是减小PCB上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性，减小PCB上电路之间的相互影响。 （6） 器件、软件与频率抖动技术：电路由器件构成，但是器件的EMC性能往往被忽略掉，其实器件的封装、上升沿、引脚分布及器件本身的抗ESD能力，都对器件所应用产品的EMC性能产生很大的影响。软件虽然不是属于EMC学术范畴，但是有些情况下，利用软件提供的容错技术，避开产品对外界干扰的影响。频率抖动技术是近年来流行的一种降低电路传导骚扰和辐射骚扰的技术，但是该技术也不是万无一失的。本章节中的案例将详细说明频率抖动技术的实质及注意事项。 其实EMC设计规范犹如交通法规，不遵守不一定会出交通事故，但是风险必然加大，EMC设计也是一样，有些规则不遵守也许也能在测试中过关，但是过关的风险必然加大，所以在产品设计中有必要引入风险的意识，EMC设计的目的是最大限度地降低EMC测试风险，只有遵守所有的EMC“交通规则”的产品才是具有最低EMC风险的产品。 本书的大部分内容来自于作者在实际工作中碰到的EMC问题，每个案例都有较详细的理论分析过程，并从中得出参考经验。这些案例是作者积累的大量EMC案例中的几个典型，每一个案例的结果都形成了一个或多个的EMC设计规则，这是值得借鉴与参考的。由于作者所从事产品的限制，也许不能包含各类电子、电气产品的EMC问题，同时也可能由于作者知识的不全面性，导致出现一些描述不合理或不精确、甚至错误的地方，还望广大读者指出。另外，需要说明的是，书中案例均取自具体产品，为方便广大读者，其中的元器件符号、代号、图形等并未按国标进行标准化处理。 在此我要特别感谢为本书提过宝贵意见及建议的吴勤勤教授、博导；同时还要感谢倪坚博士，以及对本书提过宝贵意见的各位同仁；另外也要感谢电子工业出版社的副编审张榕及其同事们。 编著者

第1章EMC基础知识及EMC测试实质 1.1什么是EMC 1.2传导、辐射与瞬态 1.3理论基础 1.3.1时域与频域 1.3.2电磁骚扰单位分贝（dB）的概念 1.3.3正确理解分贝真正的含义 1.3.4电场、磁场与天线 1.3.5RLC电路的谐振 1.4EMC意义上的共模和差模 1.5EMC测试实质 1.5.1辐射发射测试实质 1.5.2传导骚扰测试实质 1.5.3ESD抗扰度测试实质 1.5.4辐射抗扰度测试实质 1.5.5共模传导性抗扰度测试实质 1.5.6差模传导性抗扰度测试实质 1.5.7差模共模混合的传导性抗扰度测试实质 第2章产品的结构构架、屏蔽、接地与EMC 2.1概论 2.1.1产品的结构、构架与EMC 2.1.2产品的屏蔽与EMC 2.1.3产品的接地与EMC 2.2相关案例分析 2.2.1案例1:传导骚扰与接地 2.2.2案例2:传导骚扰测试中应该注意的接地环路 2.2.3案例3:屏蔽体外的辐射从哪里来 2.2.4案例4:“悬空”金属与辐射 2.2.5案例5:伸出屏蔽体的“悬空”螺柱造成的辐射 2.2.6案例6:屏敝材料的压缩量与屏蔽性能 2.2.7案例7:开关电源中变压器初、次级线圈之间的屏蔽层对EMI作用有多大 2.2.8案例8:金属外壳接触不良与系统复位 2.2.9案例9:静电放电与螺钉 2.2.10案例10:散热器与ESD也有关系 2.2.11案例11:怎样接地才有利于EMC 2.2.12案例12:散热器形状影响电源端口传导发射 2.2.13案例13:金属外壳屏蔽反而导致EMI测试失败 2.2.14案例14:PCB工作地与金属外壳直接相连是否会导致ESD干扰进入电路 2.2.15案例15: 数/模混合器件数字地与模拟地如何接 第3章产品中电缆、连接器、接口电路与EMC 3.1概论 3.1.1电缆是系统的最薄弱环节 3.1.2接口电路是解决电缆辐射问题的重要手段 3.1.3连接器是接口电路与电缆之间的通道 3.1.4PCB之间的互连是产品EMC的最薄弱环节 3.2相关案例 3.2.1案例16: 由电缆布线造成的辐射超标 3.2.2案例17:屏蔽电缆“Pigtail”有多大影响 3.2.3案例18:接地线接出来的辐射 3.2.4案例19: 使用屏蔽线一定优于非屏蔽线吗 3.2.5案例20：塑料外壳连接器与金属外壳连接器对ESD的影响 3.2.6案例21：塑料外壳连接器选型与ESD 3.2.7案例22：当屏蔽电缆的屏蔽层不接地时 3.2.8案例23：数码相机辐射骚扰问题引发的两个EMC设计问题 3.2.9案例24：为什么PCB互连排线对EMC那么重要 3.2.10案例25：环路引起的辐射发射超标 3.2.11案例26: 注意产品内部的互连和布线 3.2.12案例27:信号线与电源线混合布线的结果 3.2.13案例28:电源滤波器安装要注意什么 第4章通过滤波与抑制提高产品EMC性能 4.1概论 4.1.1滤波器及滤波器件 4.1.2防浪涌电路中的元器件 4.2相关案例 4.2.1案例29：由Hub引起的辐射发射超标 4.2.2案例30：电源滤波器的安装与传导骚扰 4.2.3案例31：输出端口的滤波影响输入端口的传导骚扰 4.2.4案例32：共模电感应用得当，辐射、传导抗扰度测试问题解决 4.2.5案例33：电源差模滤波的设计 4.2.6案例34：电源共模滤波的设计 4.2.7案例35：滤波器件是否越多越好 4.2.8案例36：滤波器件布置时应该注意的事件 4.2.9案例37：如何解决电源谐波电流超标 4.2.10案例38：接口电路中电阻和TVS对防护性能的影响 4.2.11案例39：防浪涌器件能随意并联吗 4.2.12案例40：浪涌保护设计要注意“协调” 4.2.13案例41：防雷电路的设计及其元件的选择应慎重 4.2.14案例42：防雷器安装很有讲究 4.2.15案例43：如何选择TVS管的钳位电芯，峰值功率 4.2.16案例44：选择二极管钳位还是选用TVS保护 4.2.17案例45：铁氧体磁环与EFT/B抗扰度 4.2.18案例46： 磁珠如何降低开关电源的辐射发射 第5章旁路和去耦 5.1概论 5.1.1去耦、旁路与储能的概念 5.1.2谐振 5.1.3阻抗 5.1.4去耦和旁路电容的选择 5.1.5并联电容 5.2相关案例 5.2.1案例47：电容值大小对电源去耦效果的影响 5.2.2案例48：芯片电流引脚上磁珠与去耦电容的位置 5.2.3案例49：静电放电干扰是如何引起的 5.2.4案例50：小电容解决困扰多时的辐射抗扰度问题 5.2.5案例51:金属外壳产品中空气放电点该如何处理 5.2.6案例52:ESD与敏感信号的电容旁路 5.2.7案例53:磁珠位置不当引起的浪涌测试问题 5.2.8案例54：旁路电容的作用 5.2.9案例55：光耦两端的数字地与模拟地如何接 5.2.10案例56：二极管与储能、电压跌落、中断抗扰度 第6章PCB设计与EMC 6.1概论 6.1.1PCB是一个完整产品的缩影 6.1.2PCB中的环路无处不在 6.1.3PCB中必须防止串扰的存在 6.1.4PCB中不但存在大量的天线而且也是驱动源 6.1.5PCB中的地平面阻抗与瞬态抗干扰能力有直接影响 6.2相关案例 6.2.1案例57：“静地”的作用 6.2.2案例58：PCB布线形成的环路造成ESD测试时复位 6.2.3案例59：PCB布线不合理造成网口雷击损坏 6.2.4案例60：共模电感两边的“地”如何处理 6.2.5案例61：PCB中铺“地”和“电源”要避免耦合 6.2.6案例62：PCB布线宽度与浪涌测试电流大小的关系 6.2.7案例63：如何避免晶振的噪声带到电缆口 6.2.8案例64：地址线噪声引起的辐射发射 6.2.9案例65：环路引起的干扰 6.2.10案例66：PCB层间距设置与EMI 6.2.11案例67：布置在PCB边缘的敏感线为何容易受ESD干扰 6.2.12案例68：减小串联在信号线上的电阻可通过测试 6.2.13案例69： 数模混合电路的PCB设计详细解析案例 6.2.14案例70：晶振为什么不能放置在PCB边缘 6.2.15案例71：强辐射器中下方为何要布置局部地平面 6.2.16案例72：接口电路布线与抗ESD干扰能力 第7章器件、软件与频率抖动技术 7.1器件、软件与EMC 7.2频率抖动技术与EMC 7.3相关案例 7.3.1案例73：器件EMC特性和软件对系统EMC性能的影响不可小视 7.3.2案例74：软件与ESD抗扰度 7.3.3案例75：频率抖动技术带来的传导骚扰问题 7.3.4案例76：电压跌落与中断测试引出电路设计与软件问题 附录AEMC术语 附录B民用、工科医、铁路等产品相关标准中的EMC测试 附录C汽车电子、电气零部件的EMC测试 附录D军用标准中的常用EMC测试 附录EEMC标准与认证