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一、基本概念

（一）EMS 定義

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

（二）與 EMC 的關系

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

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備造成的影響。
• IEC 61000 – 4 – 3：輻射抗擾度（RS）測試，借助天線向設備輻射 80MHz – 6GHz 的高頻電磁場，以此驗證設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，模擬電氣開關動作產生的瞬態干擾，通過電源線或信號線耦合到設備上。
• IEC 61000 – 4 – 5：浪涌（Surge）測試，檢驗設備耐受雷電或大電流切換時產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絡，將 150kHz – 80MHz 的干擾信號注入設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，模擬電網電壓的波動，包括電壓跌落、短時斷電等情況，測試設備在這些異常情況下的穩定性。
• IEC 61000 -4- 8 : 工頻磁場抗擾度，該測試模擬電力系統及其他電氣設備產生的工頻磁場對設備的影響。通常在設備周圍施加頻率為 50Hz 或 60Hz 的磁場，磁場強度根據設備的使用環境和標準要求而定。
• IEC 61000- 4- 9: 脈沖磁場抗擾度，主要模擬雷擊、開關操作等產生的脈沖磁場對設備的干擾。采用特定的脈沖磁場發生器產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，用于模擬電力系統中開關操作在接地回路中產生的阻尼振蕩磁場對設備的影響。測試設備產生頻率范圍通常為 100kHz – 100MHz 的阻尼振蕩磁場。
• IEC 61000- 4- 6: 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度，此測試是在傳導抗擾度測試基礎上，進一步考慮射頻場感應到設備線纜上的傳導騷擾情況。

（二）行業專用標準

不同行業的設備由于使用場景和要求各異，衍生出了行業專用的 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，車內電子設備不僅要承受發動機點火、車載無線電等內部電磁干擾，還要抵御來自外部的復雜電磁環境，因此該標準對汽車電子設備的抗干擾性能提出了嚴格要求。
• 醫療設備：遵循 IEC 60601 – 1 – 2 標準，醫療設備直接關系到患者的生命健康，任何因電磁干擾導致的設備故障都可能引發嚴重后果，所以醫療設備的 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備時瞬間釋放靜電的場景，對設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備內部，導致更嚴重的影響。需按照標準規定的放電次數和放電間隔，對每個關鍵部位進行放電測試。

（二）輻射抗擾度（RS）

測試過程中，通過天線向被測設備輻射 80MHz – 6GHz 的高頻電磁場，模擬設備在實際使用中可能遇到的各種射頻干擾，檢驗設備在復雜射頻環境下的抗干擾能力。在 80MHz – 6GHz 的頻率范圍內，還需考慮不同的調制方式，如調幅（AM）、調頻（FM）、脈沖調制等，因為不同的調制方式會對設備產生不同程度的干擾。此外，測試時應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，對設備進行全方位的輻射測試，確保設備在各種輻射環境下都能正常工作。

（三）電快速瞬變脈沖群（EFT）

該測試模擬電氣開關動作時產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備上，通常施加的干擾強度為 ±2kV/5kHz ，以檢測設備對這類瞬態干擾的耐受能力。除施加 ±2kV/5kHz 的干擾強度外，還應考慮不同的脈沖寬度和上升時間。因為不同的電氣開關動作會產生不同參數的脈沖群，例如一些高頻開關電源產生的脈沖群上升時間可能更快，對設備的影響也會有所不同。此外，測試時應分別對電源線、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，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中的大電流切換操作對設備造成的影響，測試時通常會向設備施加 ±4kV 的線 – 地浪涌，評估設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生的波形不同，對設備的影響也各異。另外，測試時應考慮設備的不同工作狀態，如開機、關機、待機等，以全面評估設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絡，將 150kHz – 80MHz 的干擾信號注入設備的電源線或信號線上，模擬設備在實際運行中通過線纜傳導進入設備的電磁干擾，考察設備對傳導干擾的抑制能力。在 150kHz – 80MHz 的頻率范圍內，可進一步細分頻段進行測試，以更精確地確定設備對不同頻率傳導干擾的敏感程度。此外，還應考慮不同的耦合方式，除了電流鉗和耦合網絡外，還可模擬實際中可能出現的容性耦合和感性耦合情況。同時，測試時要對設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

模擬電網電壓的波動，包括電壓暫降和短時斷電等情況，檢測設備在電壓異常時能否維持正常運行，確保設備在電網不穩定的情況下具備足夠的穩定性。除模擬常見的電壓跌落和短時斷電情況外，還應考慮不同的電壓暫降持續時間和恢復時間，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，要測試設備在多次電壓暫降和中斷情況下的性能，評估設備是否會出現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備負載之間的關系，因為設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及其他電氣設備產生的工頻磁場對設備的影響。通常在設備周圍施加頻率為 50Hz 或 60Hz 的磁場，磁場強度根據設備的使用環境和標準要求而定，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、開關操作等產生的脈沖磁場對設備的干擾。采用特定的脈沖磁場發生器產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，將設備置于脈沖磁場環境中，通過改變磁場強度和作用次數，評估設備對脈沖磁場的耐受能力。

（九）阻尼振蕩磁場抗擾度

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

（十）射頻場感應的傳導騷擾抗擾度

此測試是在傳導抗擾度測試基礎上，進一步考慮射頻場感應到設備線纜上的傳導騷擾情況。測試時，在設備周圍施加射頻電磁場，同時通過耦合裝置將射頻場感應出的傳導騷擾信號注入設備的電源線、信號線等線纜中，考察設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，意味著設備需要承受的干擾強度越大，對設備的抗干擾能力要求也就越嚴格。

（二）等級依據

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

五、測試設備與流程

（一）關鍵設備

• 信號發生器 & 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（耦合去耦網絡）、電流鉗、靜電槍等，用于將干擾信號耦合到被測設備上，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境。

（二）測試流程

• 準備階段：明確測試所依據的標準，合理配置測試設備，對測試環境的溫濕度、背景噪聲等參數進行嚴格設置，確保測試環境符合標準要求。
• 執行測試：按照既定標準，向被測設備施加相應的干擾信號，如控制 ESD 放電次數、調整場強值等。
• 監控與記錄：在測試過程中，實時觀察設備的運行狀態，監控設備是否出現功能異常，如重啟、數據錯誤、顯示異常等，并詳細記錄測試過程中的各項數據和現象。
• 結果判定：依據測試標準，對測試結果進行判定。A 級表示設備在測試過程中無任何異常，順利通過測試；B/C/D 級則表示設備允許出現短暫異常，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）典型失效現象

在 EMS 測試中，設備常見的失效現象包括死機、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，對設備進行屏蔽，阻擋外界電磁干擾進入設備內部，同時減少設備內部電磁信號的泄漏。
• 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，提高設備的抗干擾能力。
• 接地優化：采用單點接地方式，減少接地環路，增強靜電泄放路徑，確保設備能夠及時、有效地將靜電和干擾電流引入大地。
• PCB 設計：在 PCB 設計過程中，將敏感電路遠離干擾源，合理增加去耦電容，優化布線布局，降低電路之間的相互干擾。

七、實際應用案例

（一）醫療設備

MRI 設備作為重要的醫療診斷設備，其工作原理依賴于強磁場和射頻信號。如果 MRI 設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量下降，甚至出現誤診，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的關鍵傳感器之一，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做出錯誤決策，引發交通事故，因此車載雷達必須具備良好的抗干擾性能。

（三）工業控制器

工業控制器通常應用于強電磁環境的工業生產現場，如鋼鐵廠、變電站等。在這些場所，設備面臨著大量的 EFT 和浪涌干擾，如果工業控制器不能耐受這些干擾，可能會導致生產線停機，給企業帶來巨大的經濟損失。

八、注意事項

（一）測試環境

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果產生干擾，保證測試數據的準確性。

（二）設備校準

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，為測試結果的可靠性提供保障。

（三）功能監控

在測試過程中，對設備的所有功能進行全實時監測，不放過任何瞬態異常現象，以便及時發現設備存在的問題。

（四）標準更新

密切關注 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，確保測試結果的有效性和時效性。

九、測試與開發周期

（一）設計階段

利用仿真軟件，如 CST、HFSS 等，對設備的 EMS 性能進行預測和分析，在設計階段就發現潛在的問題，并進行優化設計，降低后期整改的成本和難度。

（二）原型階段

對設備原型進行預測試，通過實際測試識別設備在 EMS 性能方面的薄弱環節，為后續的改進提供依據。

（三）認證階段

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

十、擴展知識

（一）與 EMI 的區別

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

EMS 測試作為確保設備在復雜電磁環境中可靠運行的關鍵環節，貫穿于設備研發、生產和認證的全過程。相關人員需深入理解測試標準，進行精準測試，并結合系統級設計優化，才能實現產品的電磁兼容性目標，推動電子設備行業的健康發展。