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一、基本概念

（一）EMS 定義

EMS 即 Electromagnetic Susceptibility，譯為電磁抗擾度，指的是設(shè)備在面臨各種電磁干擾環(huán)境時，依然能夠維持正常運行的能力，簡單來說，就是設(shè)備的抗干擾能力。在如今電氣化與信息化高度融合的時代，各類電子設(shè)備數(shù)量眾多且密集使用，它們不可避免地會受到周圍復雜電磁環(huán)境的影響，因此，EMS 性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到設(shè)備能否穩(wěn)定工作。

（二）與 EMC 的關(guān)系

EMS 是電磁兼容性（EMC）的兩大核心構(gòu)成部分之一，另一部分是 EMI（電磁干擾）。這兩者相輔相成，EMS 解決的是設(shè)備 “抗干擾” 的問題，確保設(shè)備在復雜電磁環(huán)境中能正常運行；而 EMI 則聚焦于設(shè)備 “不干擾他人”，控制設(shè)備自身向外界發(fā)射的電磁干擾，以免對其他設(shè)備的正常運行造成負面影響。只有同時滿足 EMS 和 EMI 的要求，才能實現(xiàn)設(shè)備之間的電磁兼容性，保障整個電磁環(huán)境的和諧穩(wěn)定。

二、測試標準

（一）國際通用標準

IEC 61000 – 4 系列標準是 EMS 測試的核心，其針對不同類型的電磁干擾制定了詳細的測試規(guī)范：

• IEC 61000 – 4 – 2：靜電放電（ESD）測試，用于模擬日常生活中人體或物體的靜電放電對設(shè)備造成的影響。
• IEC 61000 – 4 – 3：輻射抗擾度（RS）測試，借助天線向設(shè)備輻射 80MHz – 6GHz 的高頻電磁場，以此驗證設(shè)備抵抗射頻干擾的能力。
• IEC 61000 – 4 – 4：電快速瞬變脈沖群（EFT/Burst）測試，模擬電氣開關(guān)動作產(chǎn)生的瞬態(tài)干擾，通過電源線或信號線耦合到設(shè)備上。
• IEC 61000 – 4 – 5：浪涌（Surge）測試，檢驗設(shè)備耐受雷電或大電流切換時產(chǎn)生的浪涌沖擊的能力。
• IEC 61000 – 4 – 6：傳導抗擾度（CS）測試，運用電流鉗或耦合網(wǎng)絡(luò)，將 150kHz – 80MHz 的干擾信號注入設(shè)備的電源線或信號線上。
• IEC 61000 – 4 – 11：電壓暫降與中斷（Dips & Interruptions）測試，模擬電網(wǎng)電壓的波動，包括電壓跌落、短時斷電等情況，測試設(shè)備在這些異常情況下的穩(wěn)定性。
• IEC 61000 -4- 8 : 工頻磁場抗擾度，該測試模擬電力系統(tǒng)及其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的工頻磁場對設(shè)備的影響。通常在設(shè)備周圍施加頻率為 50Hz 或 60Hz 的磁場，磁場強度根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境和標準要求而定。
• IEC 61000- 4- 9: 脈沖磁場抗擾度，主要模擬雷擊、開關(guān)操作等產(chǎn)生的脈沖磁場對設(shè)備的干擾。采用特定的脈沖磁場發(fā)生器產(chǎn)生具有一定波形和幅值的脈沖磁場。
• IEC 61000- 4- 12: 阻尼振蕩磁場抗擾度，用于模擬電力系統(tǒng)中開關(guān)操作在接地回路中產(chǎn)生的阻尼振蕩磁場對設(shè)備的影響。測試設(shè)備產(chǎn)生頻率范圍通常為 100kHz – 100MHz 的阻尼振蕩磁場。
• IEC 61000- 4- 6: 射頻場感應(yīng)的傳導騷擾抗擾度，此測試是在傳導抗擾度測試基礎(chǔ)上，進一步考慮射頻場感應(yīng)到設(shè)備線纜上的傳導騷擾情況。

（二）行業(yè)專用標準

不同行業(yè)的設(shè)備由于使用場景和要求各異，衍生出了行業(yè)專用的 EMS 測試標準：

• 汽車電子：采用 ISO 11452 系列標準，汽車在行駛過程中，車內(nèi)電子設(shè)備不僅要承受發(fā)動機點火、車載無線電等內(nèi)部電磁干擾，還要抵御來自外部的復雜電磁環(huán)境，因此該標準對汽車電子設(shè)備的抗干擾性能提出了嚴格要求。
• 醫(yī)療設(shè)備：遵循 IEC 60601 – 1 – 2 標準，醫(yī)療設(shè)備直接關(guān)系到患者的生命健康，任何因電磁干擾導致的設(shè)備故障都可能引發(fā)嚴重后果，所以醫(yī)療設(shè)備的 EMS 測試標準也極為嚴格。

三、主要測試項目

（一）靜電放電（ESD）

靜電放電模擬人體或物體在接觸設(shè)備時瞬間釋放靜電的場景，對設(shè)備的電子元件和電路造成沖擊。該測試分為接觸放電和空氣放電兩種方式，接觸放電最高可達 30kV，空氣放電最高可達 30kV。測試時，除放電方式外，還需考慮不同的放電部位，如設(shè)備的外殼、接口、操作面板等。因為不同部位對靜電放電的敏感程度不同，例如接口處連接的電纜可能會將靜電引入設(shè)備內(nèi)部，導致更嚴重的影響。需按照標準規(guī)定的放電次數(shù)和放電間隔，對每個關(guān)鍵部位進行放電測試。

（二）輻射抗擾度（RS）

測試過程中，通過天線向被測設(shè)備輻射 80MHz – 6GHz 的高頻電磁場，模擬設(shè)備在實際使用中可能遇到的各種射頻干擾，檢驗設(shè)備在復雜射頻環(huán)境下的抗干擾能力。在 80MHz – 6GHz 的頻率范圍內(nèi)，還需考慮不同的調(diào)制方式，如調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、脈沖調(diào)制等，因為不同的調(diào)制方式會對設(shè)備產(chǎn)生不同程度的干擾。此外，測試時應(yīng)改變天線的極化方向，包括水平極化和垂直極化，以模擬實際環(huán)境中各種方向的輻射干擾。同時，還需考慮不同的場強分布，對設(shè)備進行全方位的輻射測試，確保設(shè)備在各種輻射環(huán)境下都能正常工作。

（三）電快速瞬變脈沖群（EFT）

該測試模擬電氣開關(guān)動作時產(chǎn)生的快速瞬變脈沖干擾，這些干擾會通過電源線或信號線耦合到設(shè)備上，通常施加的干擾強度為 ±2kV/5kHz ，以檢測設(shè)備對這類瞬態(tài)干擾的耐受能力。除施加 ±2kV/5kHz 的干擾強度外，還應(yīng)考慮不同的脈沖寬度和上升時間。因為不同的電氣開關(guān)動作會產(chǎn)生不同參數(shù)的脈沖群，例如一些高頻開關(guān)電源產(chǎn)生的脈沖群上升時間可能更快，對設(shè)備的影響也會有所不同。此外，測試時應(yīng)分別對電源線、信號線和控制線進行測試，并且要考慮不同線纜之間的耦合效應(yīng)，以更準確地模擬實際工作中的干擾情況。

（四）浪涌（Surge）

浪涌測試主要模擬雷電沖擊或電力系統(tǒng)中的大電流切換操作對設(shè)備造成的影響，測試時通常會向設(shè)備施加 ±4kV 的線 – 地浪涌，評估設(shè)備在強浪涌沖擊下的性能。除 ±4kV 的線 – 地浪涌外，還需考慮線 – 線之間的浪涌測試，一般線 – 線浪涌電壓為 ±2kV。同時，要模擬不同的浪涌波形，如 1.2/50μs 的開路電壓波形和 8/20μs 的短路電流波形，因為不同的浪涌源產(chǎn)生的波形不同，對設(shè)備的影響也各異。另外，測試時應(yīng)考慮設(shè)備的不同工作狀態(tài)，如開機、關(guān)機、待機等，以全面評估設(shè)備在各種情況下對浪涌干擾的耐受能力。

（五）傳導抗擾度（CS）

通過電流鉗或耦合網(wǎng)絡(luò)，將 150kHz – 80MHz 的干擾信號注入設(shè)備的電源線或信號線上，模擬設(shè)備在實際運行中通過線纜傳導進入設(shè)備的電磁干擾，考察設(shè)備對傳導干擾的抑制能力。在 150kHz – 80MHz 的頻率范圍內(nèi)，可進一步細分頻段進行測試，以更精確地確定設(shè)備對不同頻率傳導干擾的敏感程度。此外，還應(yīng)考慮不同的耦合方式，除了電流鉗和耦合網(wǎng)絡(luò)外，還可模擬實際中可能出現(xiàn)的容性耦合和感性耦合情況。同時，測試時要對設(shè)備的所有輸入輸出端口進行測試，包括電源端口、信號端口、通信端口等，確保設(shè)備在各種線纜連接情況下都能有效抵御傳導干擾。

（六）電壓暫降與中斷

模擬電網(wǎng)電壓的波動，包括電壓暫降和短時斷電等情況，檢測設(shè)備在電壓異常時能否維持正常運行，確保設(shè)備在電網(wǎng)不穩(wěn)定的情況下具備足夠的穩(wěn)定性。除模擬常見的電壓跌落和短時斷電情況外，還應(yīng)考慮不同的電壓暫降持續(xù)時間和恢復時間，例如從幾毫秒到幾秒不等的暫降時間，以及不同的電壓恢復速率。同時，要測試設(shè)備在多次電壓暫降和中斷情況下的性能，評估設(shè)備是否會出現(xiàn)累積性的故障或性能下降。另外，還需考慮不同的電壓暫降深度與設(shè)備負載之間的關(guān)系，因為設(shè)備在不同負載下對電壓暫降的敏感度可能不同。

（七）工頻磁場抗擾度

該測試模擬電力系統(tǒng)及其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的工頻磁場對設(shè)備的影響。通常在設(shè)備周圍施加頻率為 50Hz 或 60Hz 的磁場，磁場強度根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境和標準要求而定，一般從幾安每米到幾百安每米不等。測試時，需改變磁場的方向，以考察設(shè)備在不同方向磁場作用下的抗擾性能。

（八）脈沖磁場抗擾度

主要模擬雷擊、開關(guān)操作等產(chǎn)生的脈沖磁場對設(shè)備的干擾。采用特定的脈沖磁場發(fā)生器產(chǎn)生具有一定波形和幅值的脈沖磁場，如常見的 6.4/16μs 波形。測試時，將設(shè)備置于脈沖磁場環(huán)境中，通過改變磁場強度和作用次數(shù)，評估設(shè)備對脈沖磁場的耐受能力。

（九）阻尼振蕩磁場抗擾度

用于模擬電力系統(tǒng)中開關(guān)操作在接地回路中產(chǎn)生的阻尼振蕩磁場對設(shè)備的影響。測試設(shè)備產(chǎn)生頻率范圍通常為 100kHz – 100MHz 的阻尼振蕩磁場，以不同的磁場強度和頻率對設(shè)備進行測試，觀察設(shè)備的工作狀態(tài)，判斷其抗擾性能。

（十）射頻場感應(yīng)的傳導騷擾抗擾度

此測試是在傳導抗擾度測試基礎(chǔ)上，進一步考慮射頻場感應(yīng)到設(shè)備線纜上的傳導騷擾情況。測試時，在設(shè)備周圍施加射頻電磁場，同時通過耦合裝置將射頻場感應(yīng)出的傳導騷擾信號注入設(shè)備的電源線、信號線等線纜中，考察設(shè)備在這種復合干擾情況下的抗擾能力，頻率范圍一般為 9kHz – 80MHz 甚至更高。

四、測試等級

（一）嚴酷度分級

EMS 測試通常將嚴酷度分為 1 – 4 級（或 Class A – D），等級越高，意味著設(shè)備需要承受的干擾強度越大，對設(shè)備的抗干擾能力要求也就越嚴格。

（二）等級依據(jù)

測試等級的確定主要依據(jù)設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境，例如家用設(shè)備使用環(huán)境相對較為溫和，一般適用 Class 1/2 等級；而工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等由于工作環(huán)境復雜，面臨的電磁干擾更為強烈，往往需要達到 Class 3/4 等級，以確保設(shè)備在惡劣環(huán)境下的可靠性。

五、測試設(shè)備與流程

（一）關(guān)鍵設(shè)備

• 信號發(fā)生器 & 功率放大器：負責生成各種類型的干擾信號，并將信號放大到測試所需的強度。
• 耦合裝置：如 CDN（耦合去耦網(wǎng)絡(luò)）、電流鉗、靜電槍等，用于將干擾信號耦合到被測設(shè)備上，模擬實際的干擾傳輸路徑。
• 測試天線 & 電波暗室：在輻射抗擾度測試中，測試天線用于向設(shè)備輻射干擾信號，電波暗室則通過吸收和屏蔽外界的電磁干擾，為測試提供一個純凈的電磁環(huán)境。

（二）測試流程

• 準備階段：明確測試所依據(jù)的標準，合理配置測試設(shè)備，對測試環(huán)境的溫濕度、背景噪聲等參數(shù)進行嚴格設(shè)置，確保測試環(huán)境符合標準要求。
• 執(zhí)行測試：按照既定標準，向被測設(shè)備施加相應(yīng)的干擾信號，如控制 ESD 放電次數(shù)、調(diào)整場強值等。
• 監(jiān)控與記錄：在測試過程中，實時觀察設(shè)備的運行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)備是否出現(xiàn)功能異常，如重啟、數(shù)據(jù)錯誤、顯示異常等，并詳細記錄測試過程中的各項數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。
• 結(jié)果判定：依據(jù)測試標準，對測試結(jié)果進行判定。A 級表示設(shè)備在測試過程中無任何異常，順利通過測試；B/C/D 級則表示設(shè)備允許出現(xiàn)短暫異常，但需在干擾消失后能夠自動恢復正常工作，否則判定為測試失敗。

六、常見問題與整改

（一）典型失效現(xiàn)象

在 EMS 測試中，設(shè)備常見的失效現(xiàn)象包括死機、通信中斷、顯示異常、誤動作等，這些問題不僅會影響設(shè)備的正常使用，還可能導致嚴重的安全隱患。

（二）整改措施

• 屏蔽：采用金屬外殼、導電涂層、屏蔽電纜等方式，對設(shè)備進行屏蔽，阻擋外界電磁干擾進入設(shè)備內(nèi)部，同時減少設(shè)備內(nèi)部電磁信號的泄漏。
• 濾波：在電源和信號線上加裝濾波器，有效抑制高頻噪聲的傳輸，提高設(shè)備的抗干擾能力。
• 接地優(yōu)化：采用單點接地方式，減少接地環(huán)路，增強靜電泄放路徑，確保設(shè)備能夠及時、有效地將靜電和干擾電流引入大地。
• PCB 設(shè)計：在 PCB 設(shè)計過程中，將敏感電路遠離干擾源，合理增加去耦電容，優(yōu)化布線布局，降低電路之間的相互干擾。

七、實際應(yīng)用案例

（一）醫(yī)療設(shè)備

MRI 設(shè)備作為重要的醫(yī)療診斷設(shè)備，其工作原理依賴于強磁場和射頻信號。如果 MRI 設(shè)備不能通過高等級的 EMS 測試，外界的電磁干擾可能會導致圖像質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)誤診，嚴重威脅患者的健康和安全。

（二）汽車電子

車載雷達是自動駕駛系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器之一，其抗擾度不足可能導致雷達信號誤判，進而使自動駕駛系統(tǒng)做出錯誤決策，引發(fā)交通事故，因此車載雷達必須具備良好的抗干擾性能。

（三）工業(yè)控制器

工業(yè)控制器通常應(yīng)用于強電磁環(huán)境的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，如鋼鐵廠、變電站等。在這些場所，設(shè)備面臨著大量的 EFT 和浪涌干擾，如果工業(yè)控制器不能耐受這些干擾，可能會導致生產(chǎn)線停機，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。

八、注意事項

（一）測試環(huán)境

確保電波暗室的背景噪聲低于測試限值 6dB，避免背景噪聲對測試結(jié)果產(chǎn)生干擾，保證測試數(shù)據(jù)的準確性。

（二）設(shè)備校準

定期對測試儀器進行校準，如場強探頭、靜電槍等，確保儀器的測量精度和性能符合要求，為測試結(jié)果的可靠性提供保障。

（三）功能監(jiān)控

在測試過程中，對設(shè)備的所有功能進行全實時監(jiān)測，不放過任何瞬態(tài)異?，F(xiàn)象，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題。

（四）標準更新

密切關(guān)注 IEC 等國際標準組織的標準版本變化，如 IEC 61000 – 4 – 3:2020 新增了 5G 頻段的測試要求，及時更新測試方法和標準，確保測試結(jié)果的有效性和時效性。

九、測試與開發(fā)周期

（一）設(shè)計階段

利用仿真軟件，如 CST、HFSS 等，對設(shè)備的 EMS 性能進行預測和分析，在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并進行優(yōu)化設(shè)計，降低后期整改的成本和難度。

（二）原型階段

對設(shè)備原型進行預測試，通過實際測試識別設(shè)備在 EMS 性能方面的薄弱環(huán)節(jié)，為后續(xù)的改進提供依據(jù)。

（三）認證階段

由第三方實驗室對設(shè)備進行全面的 EMS 測試，并出具合規(guī)報告，如 CE 認證報告，證明設(shè)備符合相關(guān)標準要求，獲得進入市場的通行證。

十、擴展知識

（一）與 EMI 的區(qū)別

EMS 和 EMI 雖然都屬于電磁兼容性的范疇，但關(guān)注的重點截然不同。EMI 關(guān)注的是設(shè)備自身向外界發(fā)射的電磁干擾，包括輻射發(fā)射和傳導發(fā)射，旨在控制設(shè)備對周圍環(huán)境的干擾；而 EMS 關(guān)注的是外部電磁干擾對設(shè)備的影響，確保設(shè)備在復雜電磁環(huán)境下的正常運行。

EMS 測試作為確保設(shè)備在復雜電磁環(huán)境中可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貫穿于設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和認證的全過程。相關(guān)人員需深入理解測試標準，進行精準測試，并結(jié)合系統(tǒng)級設(shè)計優(yōu)化，才能實現(xiàn)產(chǎn)品的電磁兼容性目標，推動電子設(shè)備行業(yè)的健康發(fā)展。