【杂记】EMC、EMI、EMS、TVS、ESD概念学习总结

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EMC

EMC（Electromagnetic Compatibility）它属于电磁兼容性的概念。电磁兼容设计方法包括电路设计（包括设备选择）、软件设计、电路板设计（包括层叠设计、布局布线等）、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路接地设计。

引自以下段落 何谓EMC (qq.com)。

EMC意为“不对其他设备产生电磁干扰，即使受到来自其他设备的电磁干扰仍保持原有的性能”，因需要兼备两种性能而被称为“电磁兼容性”。

不对其他设备产生电磁干扰是指不自觉地保证这种性能会给其他设备带来电磁干扰。EMI（Electromagnetic Interference）是表示电磁干扰(电磁干扰、电磁干扰)的术语。因为发射电磁波会导致干扰，所以经常与之相处Emission(辐射、发射)这个术语成对使用。在开关电源方面，是指开关噪声是由开关/关工作引起的。

相反，与即使受到其他设备的电磁干扰相关的术语是EMS（Electromagnetic Susceptibility）-电磁敏感性。EMS多与Immunity成对使用(耐受性、排除能力)成对使用。要求即使受到影响EMI，耐受性不会引起误动等问题。

EMI分为传导噪声（Conducted Emission）和辐射噪声（Radiated Emission）两种。这两个术语在日语中用日语表达比用英语缩写更多。传导噪声是指通过线或通过线PCB板布线传导的噪声。辐射噪声是指向环境排放（辐射）的噪声。对于这些噪音，EMS都有抗扰度要求。它们的关系如下。

EMC：Electromagnetic Compatibility 电磁兼容性	对其他设备没有电磁干扰， 即使受到其他设备的电磁干扰， 保持原有性能。	因需要兼备EMI和EMS性能的两个方面 被称为电磁兼容性。
EMI：Electromagnetic Interference 电磁干扰	由于发射/排放（Emission）电磁波而对 环境干扰。	从EMC从角度看，要求不发射EMI或 使EMI保持在最低限度。
EMS：Electromagnetic Susceptibility 电磁敏感性	干扰电磁波（EMI）的 耐受性/抗扰性（Immunity）。	从EMC从角度看，即使要求受到影响，EMI 抗扰度不会受到干扰。
传导噪声 Conducted Emission	经由线体或PCB板布线传导的噪声
辐射(发射)噪声 Radiated Emission	从排放（辐射）到环境的噪声

1. EMC(电磁兼容性)EMI和EMS性能的两个方面。
2. EMI（电磁干扰）是指因辐射/排放（Emission）电磁波而对环境产生的干扰。
3. EMS(电磁敏感性)是指对电磁波的干扰（EMI）耐受性/抗扰性（Immunity）。

EMI

EMI（Electromagnetic Interference）属于方法或元件，电磁干扰屏蔽，元件主要包括电容、磁珠(磁珠抑制在频带宽上比电感更好，用磁珠代替电感EMI元件)、电感、共模电感、ESD器件。基本共模、差模滤波电路如下。

常用的共模、差模噪声抑制、传导干扰屏蔽电路、防电磁干扰滤波电路，用于过滤电源输出噪声(150kHz～30MHz），减少直流稳压电源的传导干扰：

EMS（Electromagnetic Susceptibility），电磁抗扰性。

TVS元件

瞬态抑制元件，瞬态电压抑制器。可用于抑制电压浪涌，用于钳位高压瞬时 变化，使大电流绕过后面的敏感电路。

 参数：可详看TVS相关参数与选型_qlexcel的专栏-CSDN博客_tvs选型。

1. 电路正常工作时，峰值反向电压VRWM：低于该值时不会发生显著导电现象的电压。此时是有泄露电流IRWM的。
2. 反向击穿电压VBR：等于该值时开始发生导通。
3. 最大钳位电压VCL：器件上传导规定的最大电流的最大电压。VCL要小于被保护电路的最大耐压值。此时最大反向脉冲电流IPP，电流超过此值TVS会损坏。
4. 脉冲峰值功率/耗散功率，最大钳位电压时候的最大电流乘积。
5. 标准浪涌波形测试，分为10/1000us和8/20us，前者为上升时间，后者为持续时间。不同持续时间的浪涌的能量不一样，TVS可承受的功率峰值也不一样，手册里有关系图。
6. 结电容CJ，这是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS管的电流承受能力成正比，与VBR成反比。C太大将使信号衰减，用在高频信号线路要格外注意，选择结电容尽量小，不大于3pF。

低压电源端口的防雷击、过压保护方面用压敏电阻或TVS居多，但，压敏电阻失效时候会起火，普通的TVS（耗散功率600W或1500W）通量能力小，更高的要求如3KA~8/20uS，可以考虑气体放电管GDT，关于GDT简单选择还可看低压直流电源DC12V24V防雷设计保护电路 - 道客巴巴 (doc88.com)。

电压选择应高于直流过压的电压，避免非ESD、EFT事件影响TVS元件。

比如一个DCDC电路，正常工作电压24V，电源芯片耐压值为40V，电压尖峰能量并不大。那么TVS就要选单极性，VRWM大于24V，VCL小于40V的TVS，电压尖峰能量不是很大，封装可以选SOD123的。

更多详细内容可看文件：TVS ESD 接口保护选型\TVS管 瞬态抑制管 选型\TVS 选型指南.doc

下图是过压的各个阶段中不同保护电路所保护的范围：

 超过正常电压范围为浅蓝色的过压，再大就是TVS元件保护区域，再大就用高端开关关闭向后的电路，再大就是静电保护的范畴。在高端开关的前后两边按理说都应该加上TVS和ESD元件。

分单向和双向，如下图。双向用于交流电或者正负双向脉冲的差分信号，如果电路只有正向电平信号，单向TVS足够。若TVS管有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时，应当选用双极性的，否则选用单极性。计算交流电应该用峰值作为保护电压，峰值即平均值的1.414倍。

 TVS使用注意：

1. TVS和被保护电路是并联关系；
2. TVS需要靠近保护接口；
3. TVS需要良好接地，TVS的地PAD多打地孔；
4. 根据电路的传输速率选择合适的极间电容/结电容；
5. TVS的Vrwm和功率需要选择合适的参数；
6. 交流电路选择双向TVS，直流电路选择单向TVS，多路保护选择TVS阵列。（单向的低容值比双向的难做一些）

ESD器件

    ESD (ElectroStatic Discharge)即“静电放电”，是研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应【如电流热效应（电火花）和电磁效应（电磁干扰EMI及电磁兼容EMC）】的学科。

三种典型的ESD模型：人体模型(HBM)、机器模型(MM)、带电器件模型(CDM)。

ESD（Electrostatic Discharges）元件，防静电元件（同时也有抗电磁干扰作用）。

现代IC的模拟输入和输出引脚通常采用了高压静电放电(ESD)瞬变保护措施。

TVS常用在电源和CAN/USB/485等接口，小信号通讯接口用双二极管上下钳位即可。

但是，普通二极管只能起到钳制电压的作用，不能对高于GHz的ESD脉冲做出响应

还得要专用的ESD器件，其与TVS瞬态抑制管的比较如下：

 ESD器件的选型：

 硬件工程师在电路产品稳定性方面更完整的知识栈包括：

1. 熟悉PCB加工流程、PCB材质、PCB工艺；
2. EMC、PCB高速信号完整性、SI、PI及其仿真设计；
3. 射频，如果涉及的话；
4. 使用标准，包括GB9254、GB4943等。