本書利用作者多年產品研發、標準審訂、測試實驗室認證評鑒、學術研究的經驗，以EMC實務分析與根本原因及原理說明的方式納入電源完整性與信

號完整性等重要議題，并提供了仿真軟件的分析案例，供讀者練習。

本書兼顧理論與實務，模擬與量測技術并重。同時，為配合高科技產業的發展趨勢，本書也將IC芯片和無線通信的EMC效應與設計方案納入，因此

適合半導體、IC設計、電機電子產品、信息通信產品、車用電子產品等開發與制造的工程人員參考。

電磁兼容性要求是各國為確保電機電子產品能于其所規劃應用的環境中正常操作而制定的，是強制要求檢驗的項目，也因此成為產品設計與系統整合工程師必備的工程技術能力。

要

了解電機電子產品與系統的電磁兼容性問題與相關測試標準法規，我們先要從分析形成電磁干擾現象的基本要素出發，而這些要素和相關的干擾能量傳輸機制是相關測試法規與測試方法的基礎。由電磁干擾源發射的電磁

能量經過耦合路徑傳輸到對電磁噪聲敏感的設備，這個過程稱為電磁干擾效應。為了實現電磁兼容性的設計與各類電氣產品對應的驗證測試，我們必須從基本要素出發，從技術和組織兩個方面著手。所謂技術，就是從分

析電磁干擾源、耦合路徑和敏感設備著手，采取有效的技術，抑制干擾源、消除或減弱干擾的耦合、降低敏感設備對干擾的回應；對人為干擾進行限制并驗證所采用技術的有效性。組織，則是制訂和遵循一套完整的標準

和規范，進行合理的頻譜分配，控制與管理頻譜的使用，依據頻率、工作時間、天線方向性等規定工作方式，分析電磁環境并選擇地域，進行電磁兼容性管理等。

電磁兼容性是電子設備或系統的主要性能之一，電磁

兼容設計是實現設備或系統規定的功能、使系統效能得以充分發揮的重要保證，因此必須在設備或系統功能設計的同時進行電磁兼容設計。電磁兼容設計的目的是使所設計的電子設備或系統在預期的電磁環境中實現電磁

兼容，其要求是使電子設備或系統滿足EMC標準的規定并具有以下兩方面的能力：

 能在預期的電磁環境中正常工作，而且無效能降低或故障。

 對于該電磁環境不是一個污染源。

第1章會介紹什么是EMC、EMC的目的是什么、為什么現在越來越多。

第2章系統分析。要先知道噪聲源特性，EMC是三者互容，互容代表有很多東西存在于這里面，彼此之間是可以兼容的，所以一定會有噪聲源，

這些噪聲源我們怎么來做分析？有哪些噪聲源？這些噪聲源頻譜特性是怎樣的？要知道噪聲源的特性才有辦法做實際的設計分析，以及有了噪聲源之后，這個噪聲源是通過怎樣的耦合機制，因為EMC是一個broadband，當

它是一個寬帶的時候，會發現在低頻的時候是以電壓電流的方式傳送，可以通過傳輸線的方程式的概念來看；當頻率說高不高說低不低的時候，就用傳輸線的概念來看，這時候就是近場耦合；當頻率更高，波長跟開口的

結構尺寸或傳輸線、散熱片結構尺寸相近的時候就會產生共振，而共振就會產生輻射，所以知道有哪些是噪聲源和噪聲源的頻譜特性之后，這些噪聲源會通過怎樣的耦合機制把能量帶出去、干擾到什么東西才是EMC，所

以要做EMC的設計也從這里開始，擒賊先擒王，一開始如果能夠把噪聲源控制住，那么問題就解決了，如果控制不住，就把它的耦合路徑斷掉，比如說傳導的時候就做濾波、高頻輻射的時候就做屏蔽，頻率說高不高說低

不低的串音就用PCB的Layout來改變。

第3章分析是通過怎樣的方式才會將噪聲進行耦合傳送，以致形成電磁干擾的問題。

第4章主要介紹在電子科技發展過程中，組件的非理想特性所造成的EMC根源的接地彈跳或

電源不穩定，進而演變為電源完整性問題。而在目前科技產業要求提升通信效能與數據傳輸速度的同時，高速數字電路信號完整性（SI）問題（第5章）以及最后產生的電磁干擾（EMI）效應與問題（第6章）是沒有辦法

避免的，因此各技術組織與各國政府才需要制訂相關的產品EMC標準，規范產品的EMC測試與管制限制，這些均在第7章中講述。既然電磁噪聲在產品運行過程中無法避免，在這種情況下會造成怎樣的失效而無法符合標準

要求，以及如何診斷解決，就成為第8章失效原因分析的內容，有這么多的復雜內容，那么知道什么才可以有對策，最后就談到累積排錯經驗后的EMC設計技巧（第9章），如屏蔽、PCB的布局與走線、濾波技術等，以協助

工程師或產品開發規劃者能從一開始就解決EMC的問題，而不是等到上市前的認證測試發現問題后才開始亡羊補牢，貽誤商機。

本書雖是從實務角度出發，但為了提供完整且嚴謹的理論依據，書后補充有關電磁基礎

理論（附錄A）和屏蔽技術原理（附錄B），以方便讀者更了解電磁兼容技術的相關理論，進而發展出屬于自己的研究與創新領域。

作 者

2016年7月

第1章 電磁兼容簡介與目的 1
1-1
電磁兼容的現象 2
1-2 電磁兼容的發展趨勢 7
1-3 電磁兼容面臨的技術挑戰 9
第2章 電氣系統的電磁兼容噪聲源分析 18
2-1 瞬時噪聲 18
2-2 切換/開關噪聲
22
2-3 數字頻率/時鐘信號與符碼信號 28
2-4 ANSYS仿真范例1：數字脈沖信號上升/下降時間對電磁干擾EMI的頻譜效應 39
第3章 電磁耦合原理分析 48
3-1 傳導耦合 51
3-2 近場
串擾耦合 54
3-2-1 電容性的噪聲干擾 57
3-2-2 電感性的噪聲干擾 60
3-2-3 電容性噪聲耦合和電感性噪聲耦合的總效應 60
3-2-4 電感與電容矩陣表達式 62
3-2-5 兩
條對稱傳輸線的奇模態和偶模態與電感和電容矩陣的關系 65
3-3 輻射耦合 68
3-4 共振耦合 71
3-5 槽孔耦合 73
第4章 電源完整性效應分析 75
4-1 電源供應網絡的功能與
問題 76
4-2 電源供應的架構分析 84
4-3 電源阻抗分析 88
4-4 PCB共振效應與電源阻抗分析 93
4-5 去耦合電容對電源完整性的影響 101
4-6 電源完整性問題的效應 109
第5章 信號完整性效應分析 114
5-1 影響信號完整性的因素 117
5-2 差模信號的模態轉換噪聲分析 138
5-3 高速率串接鏈路分析 157
5-4 高速連接器信號完整性設計分析
178
5-5 ANSYS仿真范例2：傳輸線的阻抗時域反射與串擾分析 190
5-6 ANSYS仿真范例3：電路阻抗對近場串擾的效應 198
第6章 電磁干擾效應分析 206
6-1 電路布線的電磁干擾效應
207
6-2 傳輸線屏蔽結構的電磁干擾效應 226
6-3 機構槽孔的電磁干擾效應 233
6-4 無線通信載臺噪聲分析 237
6-4-1 移動通信裝置內高速數字傳輸線對天線的噪聲耦合分析
237
6-4-2 LCD控制電路模塊干擾噪聲對802.11無線局域網絡的傳輸影響分析 242
6-5 瞬時噪聲耐受問題分析 249
6-5-1 ESD放電模型 249
6-5-2 IEC 62215-3的EFT測試配置與失效準則
251
6-6 ANSYS 仿真范例4：PCB接地平面開槽的耦合與EMI效應分析 260
6-7 ANSYS仿真范例5：PCB接地平面開槽的信號完整性SI、電源完整性PI與EMI效應分析 267
第7章 電磁兼容法規要求與量測原理
281
7-1 EMC符合性法規簡介 283
7-2 產品層級傳導干擾測試 286
7-3 產品層級輻射干擾測試 287
7-4 產品層級電磁耐受性測試 288
7-5 車用電子EMC測試技術發展
291
7-5-1 車用電子應用發展趨勢和相應的EMC要求 293
7-5-2 高度整合化汽車電子遭遇系統性問題分析 293
7-5-3 車輛零部件EMC相關標準與規范的發展 294
7-5-4 車輛零部件EMC測試
方法簡介 295
7-5-5 車輛零部件EMC測試原理簡介 296
7-5-6 Telematics車載電子通信系統的EMC問題趨勢與測試分析 303
7-6 集成電路（IC）層級EMC測試技術 305
7-6-1 集成電路電
磁兼容的標準化 306
7-6-2 IC-EMI量測方法簡介 307
7-6-3 車用電子及集成電路的EMC限制值簡介 310
7-6-4 異步瞬時注入法介紹 312
第8章 電磁兼容失效分析 319
8-1 電磁
兼容問題診斷技巧 320
8-2 EMC問題診斷流程 328
8-3 EMC失效原因與分析 331
8-4 射頻干擾分析與對策 349
第9章 系統產品電磁兼容設計策略 357
9-1 組件的選擇 360
9-2 組件的布局 364
9-3 印刷電路板走線與設計 365
9-3-1 PCB設計技術對EMC效應改善分析 373
9-3-2 PCB設計對靜電放電（ESD）回路的效應 376
9-4 產品內部纜線
與模塊的規劃 379
9-5 濾波與瞬時抑制技術分析 384
9-5-1 濾波技術 384
9-5-2 瞬時噪聲抑制技術 397
9-6 屏蔽技術分析與機殼構裝 418
9-7 產品外部連接器與纜線規劃
426
9-8 噪聲預算表應用 434
9-9 ANSYS仿真范例6：去耦合電容擺放位置對降低EMI效應的分析 439
9-10 ANSYS仿真范例7：電磁屏蔽材料的屏蔽效能分析 448
附錄A 基礎電磁原理
453
A-1 麥克斯韋方程組 453
A-2 麥克斯韋方程組所對應的物理定律 457
A-3 邊界條件 461
A-4 均勻平面波 462
A-5 功率流與交流電阻 466
附錄B 電磁屏蔽原理分析
470
B-1 電磁屏蔽原理 470
B-2 電磁屏蔽效能定義 471
B-3 電磁屏蔽材料 472
B-4 近場電磁屏蔽 472
B-5 低頻磁場屏蔽 473
B-6 不連續性屏蔽的處置
473
B-7 多層平板屏蔽體 474

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