單片機的EMC測試及故障排除

摘要：講述EMC的定義，EMC在單片機應(yīng)用系統(tǒng)的測試方法，EMC新器件新材料的應(yīng)用以及故障排除技術(shù)。只要從事電子產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)或者供應(yīng)，就必須進(jìn)行EMC電磁兼容的檢測工作。

引言

所謂EMC就是：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。EMC測試包括兩大方面內(nèi)容：對其向外界發(fā)送的電磁騷擾強度進(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；對其在規(guī)定電磁騷擾強度的電磁環(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。對于從事單片機應(yīng)用系統(tǒng)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。EMC是電磁兼容（Electro-Magnetic Compatibility）的縮寫，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。

1 單片機系統(tǒng)EMC測試

（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。

（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。

（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）測試診斷步驟

圖1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。

（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。

（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。

（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度，用頻譜分析儀可以直接顯示出信號的各個頻譜分量。

在解決電磁干擾問題時，最重要的一個問題是判斷干擾的來源。只有準(zhǔn)確將干擾源定位后，才能夠提出解決干擾的措施。根據(jù)信號的頻率來確定干擾源泉是最簡單的方法，因為在信號的所有特征中，頻率特征是最穩(wěn)定的，并且電路設(shè)計人員往往對電路中各個部位的信號頻率都十分清楚。因此，只要知道了干擾信號的頻率，就能夠推測出干擾是哪個部位產(chǎn)生的。對于電磁干擾信號，由于其幅度往往遠(yuǎn)小于正常工作信號，用頻譜分析儀做這種測量是十分簡單的。由于頻譜分析儀的中頻帶寬較窄，因此能夠?qū)⑴c干擾信號頻率不同的信號濾除掉，精確地測量出干擾信號頻率，從而判斷產(chǎn)生干擾信號的電路。

2 電磁兼容故障排除技術(shù)

（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。

（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