电磁兼容原理、方法及设计的科普好文

电磁兼容性（EMC）指设备或系统可在所处电磁环境中稳定达标工作，同时不会向周边设备输出超标的电磁干扰。EMC 包含两大核心指标：其一，设备正常工作时向外辐射、传导的电磁干扰不得超出标准限定值；其二，设备具备相应抗干扰能力，能够耐受环境内各类电磁扰动，也就是电磁抗扰性能。

电磁兼容主要研究对象

提高电磁兼容性的措施

电磁兼容性设计

的基本原理

1. 接地

接地是电子设备设计中至关重要的环节，主要包含三大作用：

（1）接地能够为整套电路系统的所有单元电路提供统一的公共参考零电位，保障电路系统稳定运行。

（2）抵御外界电磁场干扰。设备机壳接地可快速泄放静电感应积累的电荷，避免电荷积聚形成高压，引发设备内部火花放电干扰。同时，电路屏蔽体通过合理接地，可实现优异的屏蔽效果。

（3）保障设备与人员安全。可有效规避雷电电磁感应造成的设备损坏，也能防止工频电源绝缘失效、机壳带电引发的人员触电事故。尤其医疗设备直接与人体接触，机壳若接入市电电压，将产生致命安全风险。

因此，接地是抑制电磁噪声、防范电磁干扰的核心手段。接地可定义为电路或系统的等电位点 / 等电位基准面，其电位无需与大地电位完全一致。为防范雷击损坏、保障人员安全，电子设备机壳、机房金属结构等必须可靠接地，且接地电阻需严格控制在规范限值以内。

电路接地方式主要分为单点接地、多点接地与混合接地三类。单点接地是指整套电路仅设置一个接地参考点，其余所有接地点位均直接连接至该基准点。多点接地是指系统内各接地节点就近连接至接地平面，最大限度缩短接地引线长度，其中接地平面可选用设备底板、系统地线、设备结构框架等金属载体。

混合接地通过旁路电容将高频接地点与接地平面相连，设计过程中需规避旁路电容与引线电感形成谐振，避免产生新的干扰问题。

2. 屏蔽

屏蔽是通过金属结构对空间区域进行隔离，以此控制电场、磁场及电磁波在不同区域间的感应与辐射传递。简单来说，可利用屏蔽体包裹干扰源元器件、电路、组件、线缆及整机设备，阻断电磁干扰向外扩散；也可通过屏蔽体隔离接收端设备与电路，避免其受外界电磁场干扰。

屏蔽体可对内外电磁干扰能量实现吸收、反射与抵消作用：通过涡流损耗吸收电磁波能量，通过界面反射阻隔电磁波传播，同时利用电磁感应产生反向电磁场抵消干扰能量，从而有效削弱电磁干扰。

屏蔽体材料选型遵循以下原则：

（1）高频电磁干扰场景：选用低电阻率、高电导率金属材料，依靠材料内部涡流损耗消耗干扰能量，抵消外部电磁波，实现高频屏蔽。

（2）低频电磁干扰场景：选用高磁导率材料，将磁力线约束在屏蔽体内部，防止低频磁场向外扩散。

（3）全频段屏蔽场景：针对高低频混合干扰，采用多层不同金属材料搭建复合屏蔽结构，兼顾全频段屏蔽性能。

3. 其他干扰抑制方法

（1）滤波

滤波是抑制电磁干扰的关键技术手段。

由于干扰信号与有用信号的频谱频率不同，滤波器可精准抑制杂散干扰频谱，大幅降低传导干扰幅值，实现常规干扰抑制方式无法达成的效果。滤波网络既可抑制干扰源、切断干扰耦合路径，也能提升接收设备的抗干扰能力。阻容、感容去耦网络可实现电路与电源的电气隔离，消除电路间耦合串扰，阻挡干扰信号传入工作电路。高频电路可采用电容、电感组成的 CLCM π 型滤波器，通过匹配不同类型滤波器，可有效消除各类无用电磁耦合干扰。

（2）无源元件合理选型

实际应用中的无源元件并非理想器件，电气特性与理论特性存在偏差，甚至自身会成为电磁干扰源，因此无源元件的合理选型尤为重要。同时，可依托无源元件自身的电气特性，针对性实现电磁干扰的抑制与防护。

（3）电路优化技术

单纯的屏蔽手段若无法满足抗干扰要求，可结合屏蔽工艺，搭配平衡电路等优化设计。平衡电路可使双线电路及配套附属电路对地、对其他线路保持一致阻抗，让两根导线拾取的干扰信号幅值相等，形成共模干扰，最终在负载端相互抵消、自行消除。

除此之外，接点网络、整形电路、积分电路、选通电路等电路设计技术，均可有效优化电路抗干扰性能。综上，电路优化设计是电磁干扰抑制体系中不可或缺的重要手段。