EMC概述（1）——什么是电磁兼容性（EMC）？

“电磁兼容性（EMC）”主要分为两种，一种是设备本身的电磁噪声对其他设备或人体带来的影响（电磁干扰，EMI：Electromagnetic Interference, Emission），另一种是设备是否会因来自外部的电磁干扰而发生误动作（电磁敏感性EMS：Electromagnetic Susceptibility, Immunity），之所称为“电磁兼容性”，是由于为了避免发生故障，这两方面都要兼顾。

从本文开始，我想围绕“电磁兼容性（EMC）”做一个深入探讨。希望本系列的内容对您有所帮助！

本文的重点是：什么是电磁兼容性（EMC）？当然这也是为了温习一下相应的内容。在初级篇的第１篇中，有过以下介绍：

“电磁兼容性（EMC）”主要分为两种，一种是设备本身的电磁噪声对其他设备或人体带来的影响（电磁干扰，EMI：Electromagnetic Interference, Emission），另一种是设备是否会因来自外部的电磁干扰而发生误动作（电磁敏感性EMS：Electromagnetic Susceptibility, Immunity），之所称为“电磁兼容性”，是由于为了避免发生故障，这两方面都要兼顾。

以文字的形式写成“定义”是这样的，理解起来有点难是吧。下面我将浅显易懂地、直观地解释一下。我将以大家熟悉的半导体集成电路（LSI、IC）为主角进行解说。

首先是电磁干扰（EMI或电磁发射）。如今，已经开发出并且在售的LSI和IC种类繁多。为了便于说明，大致分类如下：

①老式三端电源（7805和7905等）和低饱和电源（LDO）等直流电源相关产品。这些产品要处理的信号是直流（DC）的。
②差分运算放大器（运算放大器）、电压比较器（比较器）、语音信号处理等相关的产品。要处理的信号是基于正弦波的模拟信号和线性信号。
③微控制器、存储器、逻辑等相关的产品。要处理的信号是数字信号。
④最近常用的开关电源和电荷泵电源等电源相关的产品；LED驱动器、LCD驱动器等显示相关的产品；PWM电机驱动器等驱动相关的产品。这些LSI和IC是涉及到开关技术的产品。
其中①和②不产生电磁干扰（EMI），③和④产生电磁干扰（EMI）。可以简单的理解为模拟LSI和线性LSI不会产生电磁噪声，而数字LSI和开关LSI会产生电磁噪声，这样说可能更直观更易懂。

由于直流电压本身没有基波和谐波分量，正弦波中的高次谐波分量（基波的N倍频分量）很少，因此不易产生电磁噪声。而数字LSI和开关LSI是处理矩形波（脉冲波）的产品，因此会产生比如在1GHz（千兆赫兹）左右的高次谐波分量（主要是奇次谐波）。这就是“电磁干扰 (EMI)”的本来面目。换句话说，数字LSI和开关LSI所进行的电路工作会产生电磁干扰（EMI）。当然，其优点是通过数字工作可实现高速、大规模的运算处理，通过低功耗工作可延长电池驱动时间。这些产品之所以能够在世界范围内被广泛使用，因为它们的优点大于缺点。

其次，电磁敏感性（EMS或电磁抗扰度）是半导体集成电路（LSI、IC）对电磁噪声的抵抗能力，要求其足够强以防止误动作。可以从两个角度来看电磁敏感性（EMS）。

首先是从电压轴的角度来思考。制造工艺越来越微细，电源电压越来越低，这也就越来越容易导致误动作。很久以前，5V逻辑IC是主流产品，但现在电源电压为0.9V的产品并不少见。例如，在逻辑IC中，内部阈值电压（IC内部区分H电平和L电平的电压）已从2V降低到0.4V。5V逻辑IC受1V外部电磁噪声的影响是不会产生误动作的，而0.9V逻辑IC则很容易产生误动作。尽管如此，仍然使用0.9V逻辑IC是因为其具有低功耗设计所需的优点。

然后是从频率轴的角度来思考。半导体集成电路（LSI、IC）不能以其单体的形式单独工作，需要安装在印刷电路板（PCB）上组成电路后执行工作。在印刷电路板（PCB）上，包括LSI内部在内，存在很多与布线相关的寄生分量。简单的有寄生电阻R（布线电阻）、寄生电容C（杂散电容）、寄生电感L（直流电感）等。经常听到的比较有代表性的有ESR（Equivalent Series Resistance：等效串联电阻）和ESL（Equivalent Series Inductance：效串联电感）。而寄生分量中最麻烦的是电容分量和电感分量。这是因为存在于LSI内部和整个印刷电路板（PCB）的寄生电容C和寄生电感L会引发谐振现象。LC串联谐振和并联谐振可以发生在从低频到高频的各种频率上。在这些谐振频率上，阻抗会变为零或无穷大，从而形成容易发生误动作的频率。这也是需要很强的电磁敏感性（电磁抗扰度）的原因之一。之所以说是“之一”，是因为还有很多其他原因，比如容易误动作的电路结构和电路板底片等。一般说来，相比电磁干扰（EMI）对策，针对电磁敏感性（EMS）的对策更难，原因是电磁敏感性（EMS）涉及到诸多因素，而要判明其中的哪一个因素是起主要作用的，就需要时间和技巧了。

接下来我想谈谈电磁噪声的传播路径，但是放在这一篇文章里会显得内容过多，所以我会在下一篇中进行讲解。

本文转载自：Rohm

审核编辑 黄宇