目前我國很多企業(yè)缺乏針對產(chǎn)品 EMC 設(shè)計的流程和方法，很多工程師也沒有接受過系統(tǒng)的 EMC 培訓 ，因此相比其他功能性能測試，電磁兼容測試是電子工程師最頭痛的一項。很多電子設(shè)備在設(shè)計之初是不知能否通過電磁兼容性考核的，一般是通過 EMC 測試，發(fā)現(xiàn)不符合項，進行整改，再次進行相關(guān)測試，直到通過考核為止。如果工程師缺乏相應(yīng)的整改經(jīng)驗，則會出現(xiàn)遇到問題不知如何下手，或是進行初步整改無法通過試驗后，不知該如何進一步實施整改。利用電磁兼容風險評估方法，可以根據(jù)各風險要素的影響程度快速找到整改方向，實施整改措施，達到產(chǎn)品快速改進迭代的目的。

1 電磁兼容風險評估模型

電磁兼容風險評估是一種為產(chǎn)品 EMC 風險提供基于物理模型的分析和建議的方法，是一種概念模型，具有適用性廣、通用性強、標準化程度高等優(yōu)點。鄭軍奇 提出的一種新的電磁兼容評估方法，目前已發(fā)布 GB/Z 37150-2019《電磁兼容可靠性評估導則》、GB/ T 38659.1-2020《電磁兼容風險評估 第 1 部分 ：電子電氣設(shè)備》 等多個國家標準。文獻 將該方法用于產(chǎn)品正向的 EMC 設(shè)計和 EMC 合格評價。針對高鐵列控系統(tǒng)車載設(shè)備建立了電磁兼容網(wǎng)絡(luò)模型、云模型、Cube模型 和蒙特卡洛方法 等數(shù)學模型，用于評估設(shè)備的電磁兼容風險。

電磁兼容風險評估的源頭思想是確定的設(shè)備即具有確定的 EMC 性能，設(shè)備中存在 EMC 相關(guān)要素和EMC 不相關(guān)要素，其中 EMC 相關(guān)要素會導致 EMC 測試不通過，各種要素導致 EMC 測試不通過的風險不一樣。

因此，對確定的電子設(shè)備存在一種理想的電磁兼容設(shè)計模型，這種模型規(guī)避了已知的電磁兼容設(shè)計風險。

將 EMC 測試不通過產(chǎn)品的實際設(shè)計信息與理想模型中的所有風險要素進行比較，能夠較快發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在電磁兼容設(shè)計方面的薄弱環(huán)節(jié)，加快整改的進度和效果。

電磁兼容風險評估方法核心是研究共模電流對產(chǎn)品 EMC 特性的影響。由共模電流引起的產(chǎn)品 EMC 性能相關(guān)要素分為產(chǎn)品機械構(gòu)架和產(chǎn)品電路板兩部分。因此 理想的電磁兼容設(shè)計模型，包括產(chǎn)品機械架構(gòu)和電路板(原理圖、PCB)兩部分。

理想機械架構(gòu)和理想 PCB 模型 如圖 1 所示。

產(chǎn)品在機械架構(gòu)方面主要的 EMC 影響要素有 ：電 纜連接器在電路板中的相對位置、屏蔽電纜屏蔽層的搭接、外部電源和信號輸入端口的濾波與防護、PCB 板的0 V 工作地與金屬殼體之間的互連、殼體接地線等。

產(chǎn)品在 PCB 模型方面的 EMC 影響要素有 ：噪聲信號區(qū)域的設(shè)計、濾波、去耦、串擾防止、地平面、特殊信號設(shè)計、敏感信號設(shè)計等。

在理想的 EMC 模型中，共模電流流過電纜、機箱和 PCB 板時，不會產(chǎn)生對內(nèi)部電路影響的干擾電平，同時內(nèi)部電路在正常傳遞工作時，也不會引起電磁騷擾電流。

2 EMC 風險影響程度等級

對理想 EMC 模型中風險要素按影響程度可劃分為I、II、III、IV 四個級別 ：

I 級 ：特定條件下不能滿足時，一定會導致某項測試失敗 ;

II 級 ：不能滿足時，應(yīng)有其他特定的彌補措施才能避免測試失敗 ;

III 級 ：不能滿足時，不一定會導致測試失敗，但影響是直接的，而且相對較大 ;

IV 級 ：不能滿足時，不一定會導致測試失敗，影響是間接的，且影響較小。

GB/T 38659.1-2020 中給出了一些 EMC 風險要素的描述。然而這些風險要素并不是包治百病的良方，產(chǎn)品的實際情況往往千差萬別。評估電子產(chǎn)品 EMC 風險要素的影響程度等級，可以參考國家標準并結(jié)合產(chǎn)品特點后對其進行擴展，再進行深入的排查和分析。常見的EMC 相關(guān)風險要素描述見表 1。

3 基于電磁兼容風險評估的 EMC 整改方法

當遇到電磁兼容問題時，可利用風險評估模型提供的各風險要素信息幫助分析定位問題來源，并制定解決措施，具體的操作步驟如下 ：

首先，根據(jù)產(chǎn)品的具體情況，將產(chǎn)品實際模型劃分成 N 個可進行風險評價的單元。風險評估單元劃分的目的是讓同種風險要素分配到不同的風險評估單元，即一個風險評估單元對應(yīng)一個風險要素。對電子設(shè)備整機來說，可從電纜和電路板入手劃分風險評估模型。一根電纜、與電纜互連的電路板、整機殼體和接地線為一個相對獨立的單元。

通常情況下，產(chǎn)品 EMC 風險要素中的殼體和接地線會在一個產(chǎn)品的每個風險評估單元中反復出現(xiàn)，被重復使用。

然后，按照產(chǎn)品及各個風險評價單元實際的結(jié)構(gòu)特點和電路特點，列出可能存在的風險要素，確定好各風險要素的影響程度等級。

將各個評估單元的風險要素逐個列出后，為便于逐個排查真正的影響要素，可以按照影響程度和所屬單元序號列成風險要素分布矩陣圖，如圖 2 所示。所有具有 I 級和 II 級影響程度等級的單元都應(yīng)該被重點關(guān)注，這些單元具有很大的電磁兼容性風險。

在排查過程中，應(yīng)按照影響程度等級優(yōu)先的原則，從矩陣圖的左上角開始，按從左到右，從上到下的順序?qū)γ總€影響要素進行分析。這一過程需根據(jù)矩陣圖形成排查路線，圖 2 中紅色箭頭即為排查路線。

根據(jù)排查路線圖，先對最高等級風險要素進行排查，確定初步整改方案，在每一項的整改完成后，進行相關(guān)測試。如果順利通過，則停止整改，如仍然存在不合格項，則繼續(xù)對次高級風險要素進行排查，再次確定整改方案，進行整改技術(shù)措施實施，接著進行測試 ;依次類推，直到最終完成整改試驗。整個改進的流程如圖 3 所示。

在改進過程中，可以先從機械構(gòu)架模型入手，從產(chǎn)品外部到產(chǎn)品內(nèi)部，從每個單元影響程度大的要素到影響程度小的要素。

需要注意的是對于 RE102 輻射發(fā)射這樣的電磁兼容問題，一個輻射源可能會導致多個超標頻率點，而一個超標的頻率點又可能來自多個輻射源。因此在進行整改時，應(yīng)針對最大輻射頻率點進行問題定位和采取技術(shù)措施 ;同時針對某個超標頻率采取技術(shù)措施，發(fā)現(xiàn)沒有效果或效果不理想時，不應(yīng)將此措施去除，應(yīng)在保持此措施基礎(chǔ)上繼續(xù)采取其他措施，針對每一個風險要素的措施應(yīng)反復嘗試，直至確實沒有改進余地為止。

4 基于電磁兼容風險評估的整改實例

某型綜合控制計算機，在 RE102 測試中出現(xiàn)垂直極化場 7.5~12 MHz 等多頻段超標情況，最高超標達15 dBμV/m，如圖 4 所示。為快速定位問題，采用了基于風險評估模型的整改方法。

首先，根據(jù)產(chǎn)品電纜和電路板的結(jié)構(gòu)特點，將其分解為 4 個風險評估單元，如圖 5 所示。在功能上，單元1 負責將外部輸入的一次電源轉(zhuǎn)換成其他模塊所需的二次、三次電源，單元 1 中的信號中沒有敏感信號也沒有時鐘等高頻振蕩電路，因此其沒有表 1 中的風險要素⑥和要素⑦ ;單元 2 負責與外部的相互通信及對外部輸入信號的調(diào)理 ;單元 3 負責進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)換及控制律解算，并輸出相關(guān) PWM 驅(qū)動信號 ;單元 4 接收 PWM 驅(qū)動信號，對外輸出功率斬波。可以看到風險評估單元 1、單元 2、單元 4 既有電纜也有 PCB，其風險要素包括機械架構(gòu)和 PCB 兩方面 ;風險評估單元 3 只有 PCB 沒有電纜，因此其風險要素只包含 PCB。

根據(jù)上述分析，列出風險評估單元 1、單元 2、單元 4 的風險影響程度等級為 I 級的風險要素信息。表 2 是風險要素影響程度等級為I 級和 II 級的風險要素列表，在電磁兼容整改中要著重關(guān)注這些點。根據(jù)表 2 和各風險評估單元的實際設(shè)計情況，可以列出某型控制計算機的風險矩陣圖，并在此基礎(chǔ)上繪制出排查路線圖，如圖 6 所示。

接下來就是按路線圖逐個要素進行分析和整改 ：

1)I 類影響要素

單元 1 ：具有外部電源輸入，先考慮 I 類影響要素。結(jié)合要素①推測其濾波效果會影響到 RE102 特性，調(diào)整其濾波參數(shù)，增大濾波電感及電容進行測試，發(fā)現(xiàn) 2 MHz 附近超標現(xiàn)象有所改善，繼續(xù)增大濾波參數(shù)，RE102 曲線無明顯變化，但電路發(fā)生了嘯叫，說明增大過大，需適當減小相關(guān)參數(shù)。單元 1 具有 DC/DC 器件，每種電源轉(zhuǎn)換電路均有濾波電路，結(jié)合要素⑤適當增大濾波電路電容，效果不明顯。

單元 2 ：負責對外通信及輸入信號調(diào)理。結(jié)合要素①，接口電路均有相關(guān)濾波設(shè)計 ;結(jié)合要素⑥，相連電纜的屏蔽性影響影響甚大，在電纜上加屏蔽層，測試效果不甚理想 ;結(jié)合要素⑦，內(nèi)部電纜本來就距離晶振、功率開關(guān)等噪聲源較遠， 嘗試將其固定在更遠的位置，測試無效果。

單元 3 ：具有高頻時鐘電路，但從測試看輻射波形中未見對應(yīng)頻率的尖刺。

單元 4：接收 PWM 驅(qū)動信號，對外輸出功率斬波，其本身即為較大的噪聲源。結(jié)合要素①，對外連接電纜在原有電纜加屏蔽層，測試基本沒有效果。結(jié)合要素⑤和要素⑥，將單元 4 內(nèi)部電纜固定在遠離其他電纜方向，測試結(jié)果依然基本不變。I 類影響要素均已遍歷完成。

2) II 類影響要素

單元 1 ：電源電纜不能加屏蔽，因此不存在要素②中的屏蔽層搭接問題。結(jié)合要素③和要素④，檢查工作地與金屬殼體之間以及與不同 PCB 之間的互連，均具有較大面積壓接，已無改善空間。

單元 2 ：電纜用于外部信號的采集和通信，結(jié)合②號要素，仔細檢查電纜屏蔽層的搭接，對搭接中的空隙進行環(huán)接和壓實處理，經(jīng)測試有所改善，但 23 MHz處仍超過限值約 10 dBμV/m。工作地與金屬殼體不相連，結(jié)合③號要素，用短線在最近接地點將工作地與金屬殼體相連。整改后的測試曲線如圖 7 所示，符合相關(guān)標準的要求。

5 結(jié)語

電磁兼容風險評估模型本質(zhì)上是一種基于電磁兼容設(shè)計經(jīng)驗的概念模型，相當于電磁兼容整改專家經(jīng)驗的集合，可用于指導產(chǎn)品的電磁兼容正向設(shè)計和整改。定量 EMC 評估模型還在不斷探索完善中，實際使用時，可結(jié)合產(chǎn)品特點用 GB/T 38659.1-2020 規(guī)定的風險要素進行擴展。