EMC 测试

什么是 EMC 测试？

EMC是指电气设备或系统在电磁环境中正常运行，不会产生或受到电磁干扰的能力。EMC 测试是电子产品开发和认证的重要环节。这对于生产可靠、可互操作、符合法律要求的电子产品至关重要。大多数国家/地区都规定了产品认证和市场准入必须进行 EMC 测试。

EMC 测试为什么重要？

现在的电子设备变得越来越复杂。所有市场都出现了这个趋势，包括消费类设备、医疗、汽车电子、工业、航空航天和军用产品市场。这意味着电气和无线电产品可能无法互不干扰地共存。只有采取针对性措施来进行 EMC 测试和抑制干扰，才能确保连接安全且可靠。

在实际情况中，电气或电子设备可能因为各种原因而出现 EMC 问题。这些原因包括：

• 外部因素，例如被测设备 (EUT) 周围的射频 (RF) 或电气干扰
• 内部因素，例如来自内部器件的发射或干扰
• 人机交互引起的干扰，例如静电放电 (ESD)

如果不解决这些问题，直接将产品交付给最终用户，会有什么后果？

• 心脏起搏器等医疗设备如果出现 EMC问题，可能危及生命。
• 来自移动设备的发射可能会干扰车辆或卫星中的安全关键型传感器的功能。
• 住宅内电子设备产生的干扰可能会影响家用电器。

EMC 设计和测试有助于避免此类故障和问题。进行 EMC 测试的另一个重要原因是为了确保遵守相关法规，例如指令、协调标准、制造商要求和公司内部要求。我们将在下一节详细探讨这一点。

不同行业中的 EMC 标准和测试

EMC 测试关乎标准。所有电子产品都必须符合标准化组织规定的要求。这些组织包括国际电工委员会 (IEC)、国际无线电干扰特别委员会 (CISPR)、国际标准化组织 (ISO)、电气电子工程师学会 (IEEE)、欧洲电工标准化委员会 (CENELEC)、欧洲电信标准协会 (ETSI)、美国联邦通信委员会 (FCC)、美国国家标准学会 (ANSI)、航空无线电技术委员会 (RTCA) 或美国军用标准 (MIL-STD) 委员会。这些组织定义了可接受的发射和抗扰度级别，市场准入需要符合这些标准，这基本上成为了一个法定要求。EMC 标准非常多，相关规定会因地理位置和预期的使用环境而异。

要彻底了解 EMC 标准化现状可能非常困难。简单而言，EMC 标准可以分为五类：

• 基础标准定义了测试方法，例如 EN/IEC 61000-4-3 规定的辐射抗扰度测试。
• 通用标准定义了测试等级、限值、频率范围、调制和一般测试条件。
• 产品标准概述了特定产品类型的测试条件和标准。
• 制造商标准包含特殊的测试等级和测试条件。
• 公司内部要求定义了特殊的裕量和允差。

不同的电子设备需要符合不同的标准。例如：

• 商业设备（例如工业、科学、医疗 (ISM) 设备、消费类电子、IT/多媒体、家用电器和照明设备）的适用标准包括 CISPR 11 至 35、IEC/EN 61000-X-X 系列和任何产品特定标准。
• 对于 医疗应用（例如助听器、医疗植入物和诊断机器），IEC 60601-1-2和 ISO 14708-X标准同样适用。
• 汽车电子应用（例如信息娱乐或通信模块、器件或整车）的相关标准包括 CISPR 12、 CISPR 25、 ISO 11451、 ISO 11452以及国家/地区或原始设备制造商的特定标准。
• 军事和航空航天应用需要符合 MIL STD 461、 MIL STD 464或 RTCA DO 160以及许多其他标准。

要了解有关 EMC 标准的更多信息，请访问我们关于 EMC 测试标准的专用网页。

EMC 测试流程

如今，产品在安全性、可靠性、连接性和上市时间方面的要求比以往更加苛刻。毫无疑问，测试场景因此变得更加复杂，而一半以上的产品都没有通过第一次的 EMC 测试也就不足为奇了。在这个阶段出现问题，可能需要花费高昂成本来解决，并会推迟产品上市。幸运的是，预一致性测试可以降低这种失败率，提高产品首次便通过测试的几率。

建议进行预一致性测试，以便在早期设计阶段发现潜在问题，提高通过正式一致性测试的概率。预一致性测试可以随时停止，有助于全面分析、测试和调试故障原因。您可以访问我们的网页，了解如何轻松进行台式 EMI 调试和 预一致性测试，获取更多信息。

一致性测试通常由经过认证的第三方实验室或测试机构执行。制造商有时也会执行一致性测试。一致性测试必须准确遵循 EMC 标准定义的严格程序。它需要专门的设备、特殊的设施（例如电波暗室）和经过培训的人员，一致性测试也因此成本更加高昂。

如上图所示，设计过程中需要进行预一致性测试和调试。这样更容易发现干扰问题。

EMF 和无线共存测试

越来越多的无线和多技术产品占用了拥挤的射频环境，带来了额外的挑战，超出了以往对设备的无用发射及其对外部发射的敏感度的评估范围。

无线共存测试符合 ANSI C63.27-2021 标准，旨在评估 EUT 在目标电磁环境中正常运行的能力。人体暴露于 LTE 或 5G 移动网络（以及其他来源）的射频电磁场 (EMF)需要遵循国家和国际标准。EMF 测试会测量这些发射的场强并检测信号源。

EMC 测试方法

电磁干扰 (EMI) 或 发射测试确保电子设备不会发射过多的电磁辐射来干扰其他设备或系统。另一方面，电磁敏感度 (EMS) 或 抗扰度测试可以评估设备在存在外部电磁干扰的情况下不间断运行的能力。

在本指南中，我们将重点介绍四种 EMC 测试方法：

• 传导发射
• 传导抗扰度
• 辐射发射
• 辐射抗扰度

本指南不涵盖其他测试类型，例如闪烁、谐波、ESD、浪涌、磁场抗扰度和电快速瞬变 (EFT)/突发测试。

我们先了解一些基础知识。在传导测试中，测量信号一般通过 EUT 的电源线由 EUT 引入到交流电源或“主电源”网络中。这些信号的频率范围通常为 9 kHz 至 30 MHz。EUT 插入线路阻抗稳定网络 (LISN)，然后连接到测量仪器。

传导发射测试的典型设置包括：

• EMI 测试接收机
• 测试自动化软件
• 传感器，例如 LISN 或人工电源网络 (AMN)

用于商业测试的传导抗扰度测试设置的频率范围为 150 kHz 至 80 MHz，通常包括：

• 屏蔽室（推荐）
• 耦合/去耦网络 (CDN) 或电磁钳，用作传感器
• 大电流注入 (BCI) 探头，用于汽车电子或军标测试
• 信号发生器
• 射频功率放大器
• 功率探头
• 传感器
• EMC 测试软件，根据相关标准自动执行和控制测试，并为 EUT 提供正确的功率电平和调制。

辐射测试测量 EUT 辐射的信号。测试通常在 30 MHz 至 1 GHz的频率范围内进行，但一些标准要求使用更高的测试频率。这些测试使用天线，通常还需要借助屏蔽吸波室或者合适的露天测试场地。汽车电子、军事和航空航天等多个行业也采用混响测试方法，即在混响室中进行测试。

现在我们来详细了解一下辐射发射测试系统的设置。下图示例是使用半电波暗室 (SAC) 来测试被测设备。这个测试设置包括：

• 转台和具有高度扫描功能的天线塔
• EMI 测试接收机，确保根据相关 EMC 标准进行正确的频率扫描和电平检测
• EMC 测试软件，可以从不同位置收集数据点并在自动设置中绘制 EMI 辐射图
• 选择指定频率范围为 30 MHz 至 6 GHz 的天线（对数周期天线），或具有扩展频率的天线（喇叭天线）

下图显示了辐射抗扰度测试设置，其中天线前端和 EUT 之间的距离为 3 米。这个设置包括：

• 屏蔽吸波室
• 预校准场强探头，用于验证场均匀性
• 信号发生器
• 射频功率放大器
• 功率探头
• 传感器
• EMC 测试软件，根据相关标准自动执行和控制测试，并为 EUT 提供正确的功率电平和调制

EMC 测试挑战和解决方案

现在您已经了解了 EMC 测试的基础知识，接下来我们来讨论一些挑战，并探讨如何使用 EMC 测试解决方案解决这些挑战。

EMC 测试的主要挑战包括标准化周期变得更短、测试资源有限。

这需要缩短测试时间和 提高自动化程度。快速傅里叶变换 (FFT) 或 时域扫描测试已成为原型预一致性测试和最终一致性测试的默认测试方法。时域测量测试接收机（例如 R&S®ESW ）可以显著提高测试速度和可靠性。

使用 R&S®ELEKTRA等软件解决方案可以提高自动化程度，在以下方面可提供诸多优势：

• 测试 规划：设置、模板
• 测试 执行：仪器控制、自动化
• 分析和报告：自定义图表、将多个测试添加到报告中

如果您计划建立自己的内部 EMC 测试设施，需要综合考虑预期成果和可用预算。您需要考虑：

• 当前和未来的测试需求
• 位置要求（例如电源线滤波器、电力设施、防火设施等）
• EUT 重量和尺寸，这决定了屏蔽室的大小
• 受过培训的人员的可用性
• 校准、服务和维护成本
• 可扩展性和未来升级或扩展的可能性

作为EMC 测试专家，罗德与施瓦茨积累了 50 多年的丰富经验，一直为 EMC 标准组织提供专业的测试与测量技术，利用自己的内部知识开发测试设备，为所有行业的 EMC 标准提供支持。我们提供测试设备、系统、软件、升级服务、交钥匙解决方案（包括屏蔽室）、培训、校准和维修服务。我们是值得信赖的 EMC 测试解决方案和服务合作伙伴，可以全程指导您根据当前和未来的需求创建合适的解决方案。

有关更多信息，请联系我们。