單片機(jī)系統(tǒng)EMC測試和故障排除

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前言

對于從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)（軟硬件）設(shè)計的工程技術(shù)人員來說，掌握一定的EMC測試技術(shù)是十分必要的。

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關(guān)于EMC

EMC：Electromagnetic Compatibility，即電磁兼容性。指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。

它包括電磁干擾（EMI）和電磁敏感性（EMS）兩部分。由于電器產(chǎn)品在使用時對其它電器有電磁干擾，或受到其它電器的電磁干擾，它不僅關(guān)系到產(chǎn)品工作的可靠性和安全性，還可能影響其它電器的正常工作，甚至導(dǎo)致安全危險。

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EMC測試兩大內(nèi)容

1.對其向外界發(fā)送的電磁騷擾強(qiáng)度進(jìn)行測試，以便確認(rèn)是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限制值要求；

2.對其在規(guī)定電磁騷擾強(qiáng)度的電磁環(huán)境條件下進(jìn)行敏感度測試，以便確認(rèn)是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗擾度要求。

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單片機(jī)系統(tǒng)EMC測試

4.1 測試環(huán)境

為了保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠性，電磁兼容性測量對測試環(huán)境有較高的要求，測量場地有室外開闊場地、屏蔽室或電波暗室等。

4.2 測試設(shè)備

電磁兼容測量設(shè)備分為兩類：一類是電磁干擾測量設(shè)備，設(shè)備接上適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎涂梢赃M(jìn)行電磁干擾的測量；另一類是在電磁敏感度測量，設(shè)備模擬不同干擾源，通過適當(dāng)?shù)鸟詈?去耦網(wǎng)絡(luò)、傳感器或天線，施加于各類被測設(shè)備，用作敏感度或干擾度測量。

4.3 測量方法

電磁兼容性測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，有許多種測量方法，但歸納起來可分為4類；傳導(dǎo)發(fā)射測試、輻射發(fā)射測試、傳導(dǎo)敏感度（抗擾度）測試和輻射敏感度（抗擾度）測試。

4.4 測試診斷步驟

下圖給出了一個設(shè)備或系統(tǒng)的電磁干擾發(fā)射與故障分析步驟。按照這個步驟進(jìn)行，可以提高測試診斷的效率。

4.5 測試準(zhǔn)備

①試驗場地條件：EMC測試實驗室為電波半暗室和屏蔽室。前者用于輻射發(fā)射和輻射敏感測試，后者用于傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度測試。

②環(huán)境電平要求：傳導(dǎo)和輻射的電磁環(huán)境電平最好遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值，一般使環(huán)境電平至少低于極限值6dB。

③試驗桌。

④測量設(shè)備和被測設(shè)備的隔離。

⑤敏感性判別準(zhǔn)則：一般由被測方提供，并實話監(jiān)視和判別，以測量和觀察的方式確定性能降低的程度。

⑥被測設(shè)備的放置：為保證實驗的重復(fù)性，對被測設(shè)備的放置方式通常有具體的規(guī)定。

4.6 測試種類

傳導(dǎo)發(fā)射測試、輻射發(fā)送測試、傳導(dǎo)抗擾度測試、輻射抗擾度測試。

4.7 常用測量儀

電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）測試，需要用到許多電子儀器，如頻譜分析儀、電磁場干擾測量儀、信號源、功能放大器、示波器等。由于EMC測試頻率很寬（20Hz～40GHz）、幅度很大（μV級至kW級）、模式很多（FM、AM等）、姿態(tài)很多（平放、斜放等），因此正確地使用電子儀器非常重要。

測量電磁干擾的合適儀器是頻譜分析儀。頻譜分析儀是一種將電壓幅度隨頻率變化的規(guī)律顯示出來的儀器，它顯示的波形稱為頻譜。頻譜分析儀克服了示波器在測量電磁干擾中的缺點，能夠精確測量各個頻率上的干擾強(qiáng)度，用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。

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電磁兼容故障排除技術(shù)

5.1 傳導(dǎo)型問題的解決

①通過串聯(lián)一個高阻抗來減少EMI電流。

②通過并聯(lián)一個低阻抗將EMI電流短路到地或引到其它回路導(dǎo)體。

③通過電流隔離裝置切斷EMI電流。

④通過其自身作用來抑制EMI電流。

5.2 電磁兼容的容性解決方案

一種常見的現(xiàn)象是不把濾波電容的一側(cè)看成直接與一個分離的阻抗相連，而看成與傳輸線相連。典型的情況是，當(dāng)一條輸入輸出線的長度達(dá)到或超過1/4波長時，該傳輸線變“長”。

實際可以用下式近似表示這種變化：l≥55/f

式中：l單元為m，f單位為MHz。這個公式考慮了平均傳播速度，它是自由空間理論的0.75倍。

a. 電介質(zhì)材料及容差

電磁干擾濾波使用的大部分電容是無極性電容。

b. 差模（線到線）濾波電容性電容。

c. 共模（線到地/機(jī)殼）濾波電容

共模（CM）去耦通常使用小電容（10～100nF）。小電容可以將不期望的高頻電流在其進(jìn)入敏感電路之前或在其離噪聲電路較遠(yuǎn)時就將其短路到機(jī)殼上去。為了得到良好的高頻衰減電路，減小或消除寄生電感是關(guān)鍵之所在。因此有必要使用超短導(dǎo)線，尤其希望使用無引線元器件。

5.3 感性、串聯(lián)損耗電磁兼容解決方案

就電容而言，Zs和Z1如果不是純電阻的話，在計算頻率時，要使用它們的實際值。電容器串聯(lián)在電源或信號電路時，必須滿足：

①流過的工作電流不應(yīng)該引起電感過熱或過大的有過之而無不及降；

②流過的電流不能引起電感磁飽和，尤其是對高導(dǎo)磁材料是毫無疑問的。

解決方案有以下幾種：

磁芯材料；

鐵氧體和加載鐵氧體的電纜；

電感、差模和共模；

接地扼流圈；

組合式電感電容元件。

5.4 輻射型問題的解決

在很多情況下，輻射電磁干擾問題可能在傳導(dǎo)階段產(chǎn)生并被排除，還有些解決方案是可以抑制干擾裝置在輻射傳輸通道上，就像場屏蔽那樣工作。根據(jù)屏蔽理論，這種屏蔽的效果主要取決于電磁干擾源的頻率、與屏蔽裝置之間的距離以及電磁干擾場的特性——電場、磁場或者平面波。