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譯者序

原書序

致謝

原書前言

第1章 電磁基礎(chǔ) ………………………………………………………………1

1.0 停止試驗(yàn):電磁干擾（EMI）故障排除是必需的 ………………………1

1.1 什么是電磁場(chǎng) ………………………………………………………1

1.2 什么是分貝（dB） ……………………………………………………2

1.3 EMI和EMC ………………………………………………………………6

1.4 干擾的類型 ……………………………………………………………7

1.5 差模電流和共模電流 …………………………………………………7

1.6 時(shí)域和頻域 ……………………………………………………………11

1.7 頻率、波長(zhǎng)和帶寬之間的關(guān)系 ………………………………………13

1.8 高頻下的電阻器、電容器和電感器 ……………………………………17

第2章 電磁干擾和電磁兼容 ………………………………………………25

2.1 能量是如何移動(dòng)的 ……………………………………………………25

2.2 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng) …………………………………………………………27

2.3 故障排除原理 …………………………………………………………28

2.4 基本故障排除概念 ……………………………………………………32

2.5 電纜布線和互連電纜 ………………………………………………36

2.6 PCB的考慮 ……………………………………………………………37

參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………42

第3章 測(cè)量?jī)x器 ……………………………………………………………43

3.1 頻譜分析儀 …………………………………………………………43

3.2 EMI接收機(jī) …………………………………………………………44

3.3 檢波器 …………………………………………………………………45

3.4 窄帶測(cè)量與寬帶測(cè)量 ………………………………………………46

3.5 掃描速度如何影響測(cè)量 ………………………………………………47

3.6 使用頻譜分析儀進(jìn)行故障排除 …………………………………………48

3.7 示波器 …………………………………………………………………49

3.8 電流探頭 …………………………………………………………………52

3.9 近場(chǎng)探頭 …………………………………………………………………54

3.10 天線 …………………………………………………………………57

第4章 輻射發(fā)射 ……………………………………………………………63

4.1 概述 ……………………………………………………………………63

4.2 輻射發(fā)射檢查清單 ……………………………………………………63

4.3 不合格的典型原因 ……………………………………………………64

4.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行發(fā)射故障排除 …………………………………65

4.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行發(fā)射故障排除 …………………………………69

4.6 商業(yè)試驗(yàn)問(wèn)題 ………………………………………………………77

4.7 自制技巧和低成本工具 ………………………………………………79

4.8 典型的解決辦法 ……………………………………………………87

參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………93

第5章 傳導(dǎo)發(fā)射 ………………………………………………………………94

5.1 概述 …………………………………………………………………94

5.2 傳導(dǎo)發(fā)射檢查清單 ……………………………………………………95

5.3 不合格的典型原因 ……………………………………………………95

5.4 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射故障排除 ……………………………………97

5.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ………………………………………99

5.6 特殊情況和問(wèn)題 ……………………………………………………102

5.7 自己動(dòng)手做的技巧和低成本工具 ……………………………………103

5.8 典型的解決辦法 ……………………………………………………106

第6章 輻射敏感度 ………………………………………………………107

6.1 概述 ……………………………………………………………………107

6.2 輻射敏感度檢查清單 …………………………………………………107

6.3 典型的失效模式 ………………………………………………………108

6.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除 ……………………………………108

6.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ……………………………………110

6.6 特殊情況和問(wèn)題 ………………………………………………………111

6.7 自制的技巧和低成本工具 ……………………………………………111

6.8 典型的解決辦法 ………………………………………………………120

第7章 傳導(dǎo)敏感度 …………………………………………………………122

7.1 概述 ……………………………………………………………………122

7.2 傳導(dǎo)敏感度檢查清單 ……………………………………………………123

7.3 典型的失效模式 ………………………………………………………123

7.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除 ……………………………………123

7.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ……………………………………124

7.6 特使情況和問(wèn)題 ………………………………………………………126

7.7 自己動(dòng)手的技巧和低成本工具 ……………………………………127

7.8 典型的解決辦法 ………………………………………………………130

第8章 電快速瞬變脈沖群 …………………………………………………132

8.1 電快速瞬變脈沖群（EFT）試驗(yàn) ………………………………………132

8.2 EFT檢查清單 ………………………………………………………133

8.3 典型的失效模式 ………………………………………………………134

8.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除 ……………………………………134

8.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ……………………………………136

8.6 特殊情況和問(wèn)題 ………………………………………………………138

8.7 自己動(dòng)手的技巧和低成本工具 ……………………………………139

8.8 典型的解決辦法 ………………………………………………………142

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………143

第9章 靜電放電 ……………………………………………………………144

9.1 靜電放電（ESD）概述 ………………………………………………144

9.2 ESD檢查清單 ………………………………………………………147

9.3 典型的失效模式 ……………………………………………………147

9.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除 ………………………………………148

9.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ………………………………………148

9.6 特殊情況和問(wèn)題 ……………………………………………………152

9.7 自己動(dòng)手的技巧和低成本工具 ………………………………………152

9.8 典型的解決辦法 ………………………………………………………156

參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………158

第10章 浪涌和雷電脈沖的瞬態(tài)抑制 ………………………………………159

10.1 浪涌和雷電脈沖 ……………………………………………………159

10.2 浪涌的核查清單 ……………………………………………………162

10.3 典型的失效模式 ……………………………………………………163

10.4 在符合性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行故障排除 ……………………………………163

10.5 在自己的設(shè)施中進(jìn)行故障排除 ……………………………………165

10.6 特殊情況和問(wèn)題 ……………………………………………………165

10.7 自己動(dòng)手做的技巧和低成本工具 …………………………………165

10.8 典型的解決辦法 ………………………………………………………166

10.9 如何正確地選擇TVS二極管的額定值 ………………………………166

第11章 其他特定的EMI問(wèn)題 ……………………………………………172

11.1 有意輻射體和無(wú)線設(shè)備 ……………………………………………172

11.2 醫(yī)療產(chǎn)品 ……………………………………………………………173

11.3 大型系統(tǒng)或落地式系統(tǒng) ……………………………………………174

11.4 磁場(chǎng)問(wèn)題 ……………………………………………………………175

11.5 汽車 …………………………………………………………………176

11.6 開關(guān)電源 ……… ……………………………………………………178

11.7 液晶顯示器 …………………………………………………………181

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………182

附錄 …………………………………………………………………………183

附錄A 常用的單位換算、公式和定義 …………………………………183

附錄B 分析時(shí)鐘振蕩器、數(shù)字源和諧波 …………………………………192

附錄C 使用電抗圖 …………………………………………………………195

附錄D 推薦的EMI故障排除工具箱 ………………………………………198

附錄E 濾波器的設(shè)計(jì) ………………………………………………………216

附錄F 諧振結(jié)構(gòu)的測(cè)量 ……………………………………………………227

附錄G EMC標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) ……………………………………………………237

附錄H EMC符號(hào)和縮略語(yǔ) …………………………………………………249

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前言/序言

原書前言

當(dāng)身處符合性實(shí)驗(yàn)室，對(duì)花費(fèi)了很多時(shí)間設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行符合性試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)結(jié)果卻不是所期望的，即，試驗(yàn)結(jié)果可能超過(guò)了發(fā)射限值或者設(shè)備可能對(duì)某些試驗(yàn)信號(hào)敏感，如射頻輻射能量、浪涌電流，或者可能是ESD脈沖。并且，可能所剩時(shí)間有限，已快到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的截止期限，可能已超過(guò)了預(yù)算，現(xiàn)在不得不對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行某些整改以通過(guò)EMC試驗(yàn)，這需要額外的成本或延遲交付。當(dāng)很多人聽到這樣的結(jié)果及所存在的問(wèn)題時(shí)，也會(huì)很不高興。
當(dāng)工程師們盡力讓產(chǎn)品通過(guò)不同的EMI符合性試驗(yàn)時(shí)，上述情況是他們經(jīng)常遇到的?，F(xiàn)在的問(wèn)題是他們需要做什么或去哪里尋求幫助。他們需要做的是，盡快對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估，然后尋找可用的解決辦法，這樣做有助于保證進(jìn)度，同時(shí)避免超出預(yù)算。作為EMC領(lǐng)域的咨詢工程師，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)相同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題，這些問(wèn)題使產(chǎn)品在符合性試驗(yàn)的過(guò)程中成為不合格產(chǎn)品。這些問(wèn)題中的大多數(shù)都是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，即端接電纜的屏蔽不好、輸入/輸出連接器的問(wèn)題、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好或內(nèi)部電纜的走線存在問(wèn)題。在許多情況下，不管是在符合性實(shí)驗(yàn)室還是自己的試驗(yàn)設(shè)施中，根據(jù)以前產(chǎn)品得到的經(jīng)驗(yàn)，使用簡(jiǎn)單的解決辦法就能很快地解決這些問(wèn)題。
在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，許多小型和中型公司由于有限的預(yù)算，并不能雇傭全職的產(chǎn)品符合性工程師。產(chǎn)品的EMC符合性現(xiàn)在通常由產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，但他們中的大多數(shù)人并沒有經(jīng)過(guò)足夠的EMC培訓(xùn)。即使在較大的公司中，出于成本的考慮，也已不再雇傭產(chǎn)品符合性工程師，工程師往往要承擔(dān)多個(gè)項(xiàng)目且時(shí)間緊。雖然一些很好的書籍已講述過(guò)EMI問(wèn)題、解決辦法及一些控制電磁能量的方法，但不幸的是要從這些書中提取出這些解決辦法是很困難的。對(duì)大量公式和奇異概念的掌握，最好還是留給科研和工程專業(yè)的研究生們吧!本書的目的是為了避免這種復(fù)雜性，簡(jiǎn)化信息，以簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行編排，并使用平實(shí)的語(yǔ)言進(jìn)行講述。
《產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容故障排除技術(shù)》盡力講述識(shí)別和解決問(wèn)題的過(guò)程，講述一些與測(cè)量有關(guān)的基本原理:什么是波長(zhǎng)或什么是1/4波長(zhǎng)?什么是分貝（dB）?什么是分辨率帶寬及波長(zhǎng)的單位是什么?我們介紹了很多的產(chǎn)品不合格的問(wèn)題，以及產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因。此外，我們也盡力給一線工程師和技術(shù)人員一些如何解決問(wèn)題的思路，而不僅是在電纜上加裝鐵氧體，盡管這可能是一些問(wèn)題的解決辦法。
《產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容故障排除技術(shù)》也給出了一些工程師或技術(shù)人員可以自制的簡(jiǎn)單的和價(jià)格便宜的故障排除工具或輔助工具的例子。我們給出的方法，僅要求讀者了解基本的電磁理論及掌握最少的EMI/EMC背景知識(shí)。本書的目標(biāo)是為讀者提供根據(jù)我們經(jīng)驗(yàn)得到的解決辦法，這樣做的目的是讓工程師和技術(shù)人員能夠形成自己的故障排除思路、故障排除方法或診斷工具。然后，我們?yōu)槿缦聨追矫嫣峁┲改?如何著手處理不合格的EMI問(wèn)題，嘗試做哪些事情，如何選擇正確的部件及如何對(duì)產(chǎn)品成本、性能和時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行平衡。我們希望本書能減少工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段所承受的壓力。
第1、2章講述了一些基本的EMC理論，這對(duì)于理解和想像電磁（EM）波、電磁場(chǎng)和高頻電流的流動(dòng)非常重要。由于大多數(shù)EMI是與控制高頻電流有關(guān)的，因此這兩章為故障排除過(guò)程和解決辦法的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。
第3章給出了使用常用設(shè)備（如頻譜分析儀和示波器）進(jìn)行基本EMI測(cè)量的有關(guān)信息。本章同時(shí)也給出了自制的和商用的探頭和天線的有關(guān)信息，這些設(shè)備對(duì)于檢測(cè)電磁場(chǎng)和高頻電流非常重要。本章還介紹了非常有用的設(shè)備以自制EMI故障排除工具。附錄D給出了更詳細(xì)的組裝故障排除工具的有關(guān)信息。
第4～10章分別講述了特定EMI試驗(yàn)的故障排除技術(shù)，如輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射、輻射和傳導(dǎo)敏感度、EFT、ESD及由于雷電產(chǎn)生的浪涌和高能量脈沖。這些章節(jié)的編排基本一致，包括試驗(yàn)簡(jiǎn)介及試驗(yàn)不合格時(shí)要檢查的項(xiàng)目清單、不合格的典型原因、在EMI符合性實(shí)驗(yàn)室中能采取的快速故障排除步驟，以及使用自己的設(shè)施的更詳細(xì)和更綜合的故障排除步驟。每章都給出了不同的低成本工具和自制技巧，以及不合格問(wèn)題的典型解決辦法。
第11章涵蓋了其他特定EMI問(wèn)題，如有意輻射體和無(wú)線設(shè)備、醫(yī)療產(chǎn)品、大型系統(tǒng)或落地式系統(tǒng)、汽車、開關(guān)電源和液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）。本章給出了這些系統(tǒng)特有的EMI問(wèn)題及專門用于解決這些問(wèn)題的故障排除技術(shù)。
《產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容故障排除技術(shù)》也包括8個(gè)附錄，著者認(rèn)為它們涵蓋的內(nèi)容是非常有價(jià)值的支撐信息、技術(shù)和工具，可協(xié)助我們進(jìn)行故障排除。附錄A給出了一些換算工具和公式。附錄B給出了電子表格工具用于幫助計(jì)算時(shí)鐘振蕩器的諧波。附錄C給出了如何使用電抗圖以快速地計(jì)算簡(jiǎn)單 RLC網(wǎng)絡(luò)和濾波器的伯德圖。附錄D給出了很多工具可用于裝備EMI故障排除工具箱。多數(shù)故障排除工具都易于自制。另外，還給出了低價(jià)頻譜分析儀的有關(guān)信息，這些頻譜分析儀中的一些正好能放進(jìn)工具箱。附錄E給出了一些常用EMI濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)。附錄F描述了一種簡(jiǎn)單的用于測(cè)量諧振結(jié)構(gòu)（如電纜及屏蔽殼體上的縫隙或間隙）的技術(shù)。附錄G列出了主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織和EMC標(biāo)準(zhǔn)。最后，附錄H列出了在EMC/EMI領(lǐng)域常用的符號(hào)和縮略語(yǔ)。
讀者需要易于理解的答案且更想快速掌握。本書將盡力提供這些答案。本書也給出了一些解決問(wèn)題的思路所隱含的理論知識(shí)，當(dāng)回顧 獲得的成果時(shí)可能會(huì)更理解這些理論知識(shí)。
因此，讓我們努力研讀本書以得到這些解決EMC問(wèn)題的答案。祝我們好運(yùn)，且更祝愿我們將取得巨大的成功。
帕特里克·G.安德烈
美國(guó)華盛頓州西雅圖
（andreconsulting.com）
肯尼思·D.懷亞特
美國(guó)科羅拉多州伍德蘭帕克
（emc-seminars.com）

原書序

我們所有人都會(huì)或都應(yīng)意識(shí)到，最佳的方式是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就對(duì)其進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)。然而，在實(shí)際進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，我們很少這樣做，因此，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)EMC問(wèn)題之后，設(shè)計(jì)人員就要解決這些問(wèn)題。即使產(chǎn)品具有好的EMC設(shè)計(jì)，仍可能留下一兩個(gè)較小的必須通過(guò)診斷才能解決的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常詢問(wèn)最多的一項(xiàng)內(nèi)容就是解決EMC問(wèn)題的簡(jiǎn)單診斷技術(shù)和解決辦法。

盡管目前市面上已有很多EMC書籍，其中的一些也是相當(dāng)好的，但對(duì)于簡(jiǎn)單和低成本的EMC故障排除技術(shù)和解決辦法，這些書中給出的實(shí)際可用信息并不多。本書就是講述EMC故障排除技術(shù)和解決辦法，即當(dāng)你的產(chǎn)品不能通過(guò)一項(xiàng)或多項(xiàng)EMC符合性試驗(yàn)時(shí)你應(yīng)做什么。換句話說(shuō)，就是使用簡(jiǎn)單和低成本的工具和設(shè)備，如何對(duì)問(wèn)題進(jìn)行診斷并加以解決。

作為EMC咨詢師，我經(jīng)常為客戶診斷EMC問(wèn)題并加以解決。其實(shí)在許多情況中，這些問(wèn)題他們自己是能夠進(jìn)行診斷并加以解決的。但他們?yōu)槭裁床恢涝趺催M(jìn)行診斷并加以解決呢?我認(rèn)為有以下三個(gè)方面的原因:

1.當(dāng)需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行診斷時(shí)，他們不知道使用什么試驗(yàn)設(shè)備。

2.即使他們有試驗(yàn)設(shè)備，但他們不知道使用這些設(shè)備來(lái)做些什么。

3.他們不知道該使用哪種辦法才能解決問(wèn)題。

本書使用簡(jiǎn)單、實(shí)際和非常易于理解的方式回答了上述三個(gè)問(wèn)題。我特別喜歡這樣的編排，即每章都講述了在EMC符合性實(shí)驗(yàn)室和在自有設(shè)施中進(jìn)行的故障排除案例。當(dāng)產(chǎn)品在EMC符合性實(shí)驗(yàn)室中沒能通過(guò)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸類。例如，如果產(chǎn)品沒能通過(guò)輻射發(fā)射試驗(yàn)，應(yīng)盡力確定輻射是由電纜還是由產(chǎn)品外殼產(chǎn)生的。然后，當(dāng)利用自有設(shè)施時(shí)，能使用本書中給出的針對(duì)自有設(shè)施的故障排除技術(shù)，來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的診斷并加以解決。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，本書首先假設(shè)的是產(chǎn)品在符合性實(shí)驗(yàn)室中沒能通過(guò)某項(xiàng)EMC試驗(yàn)，然后使用本書中給出的故障排除技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室和/或自有設(shè)施中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行診斷并加以解決。在大多數(shù)情況下，這個(gè)過(guò)程正好是相反的;即當(dāng)去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行符合性試驗(yàn)之前，需要利用自有設(shè)施進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的試驗(yàn)。這也是我經(jīng)常推薦給客戶的方法。通過(guò)這種方式，通?？赡芴崆敖鉀QEMC符合性實(shí)驗(yàn)室將發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問(wèn)題。

本書給出的一些診斷技術(shù)是定量的，而另一些則是定性的。對(duì)于定量測(cè)量的情況，在實(shí)際當(dāng)中，EMC符合性實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)產(chǎn)品合格與否的判定具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確度。定性測(cè)量則不能直接預(yù)測(cè)EMC試驗(yàn)的結(jié)果，但當(dāng)你對(duì)產(chǎn)品使用A和B兩種解決辦法時(shí)，這種定性測(cè)量對(duì)于這兩種解決辦法的比較是非常有用的。

本書并不是一本講述EMC試驗(yàn)的理論書籍。然而，正如本書的書名所表明的，它給出了簡(jiǎn)單的和直接的辦法，用于對(duì)看似非常復(fù)雜的EMC問(wèn)題進(jìn)行排除和解決。使用本書給出的簡(jiǎn)單、低成本的EMI故障排除工具箱及故障排除技術(shù)，能夠節(jié)約時(shí)間和成本。既然產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員遲早都需要診斷和解決EMC問(wèn)題，那么本書應(yīng)是我們所有人書架上的必備之書。

亨利 W.奧特

亨利 奧特咨詢公司

美國(guó)新澤西州利文斯頓

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