【杂记】EMC、EMI、EMS、TVS、ESD概念学习总结

注：【杂记】系列为日常网搜资料的简单堆砌而积累成之。如有错误恭谢指出。标识为“原创”其实不完全是，只是多引用再整理，大都引自网络，侵删！

EMC

EMC（Electromagnetic Compatibility）属于概念，为电磁兼容性，电磁兼容设计的方法执行的方面包括电路设计（包括器件选择）、软件设计、线路板设计（包括层叠设计、布局布线等）、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。

以下几段文字引自何谓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”是指如果不有意识地确保这一性能就会给其他设备带来电磁干扰。EMI（Electromagnetic Interference）是表示电磁干扰（电磁干涉、电磁妨碍）的术语。由于发射电磁波会导致干扰，所以经常与Emission（辐射、发射）这一术语成对使用。从开关电源方面讲，是指因开/关工作而产生开关噪声。

与之相反的“即使受到来自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（耐受性、抗扰度、排除能力）成对使用。要求具备“即使受到EMI，也不会引起误动作等问题”的耐受能力。

EMI分为传导噪声（Conducted Emission）和辐射噪声（Radiated Emission）两种。这两个术语在日文中用日语表达多于用英语缩写表达。传导噪声是指经由线体或PCB板布线传导的噪声。辐射噪声是指排放（辐射）到环境中的噪声。对于这些噪声，EMS中分别都有抗扰度要求。它们的关系如下。

EMC：Electromagnetic Compatibility 电磁兼容性	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EMI和EMS两方面的性能而被称为“电磁兼容性”。
EMI：Electromagnetic Interference 电磁干扰	因发射/排放（Emission）电磁波而对环境造成的干扰。	从EMC的角度看，要求不发射EMI或使EMI保持在最低限度。
EMS：Electromagnetic Susceptibility 电磁敏感性	对电磁波干扰（EMI）的耐受性/抗扰度（Immunity）。	从EMC的角度看，要求即使受到EMI 也不会受到干扰的抗扰度。
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	排放（辐射）到环境中的噪声

EMC（电磁兼容性）是指兼备EMI和EMS两方面的性能。
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。
EMS（电磁敏感性）是指对电磁波干扰（EMI）的耐受性/抗扰度（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（磁珠抑制作用在频带宽上比电感更佳，用磁珠替代电感作为EMI元件）、电感、共模电感、ESD器件。基本共模、差模滤波电路如下。

一个常用共模、差模噪声抑制、传导干扰屏蔽电路，防电磁干扰的滤波电路，该电路用于滤除电源的输入和输出的噪声（150kHz～30MHz），消减对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，瞬变电压抑制器。可以用于抑制电压浪涌，用于钳位高压瞬变，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。

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。
反向击穿电压VBR：等于该值时开始发生导通。
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。
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。
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。
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：

TVS和被保护电路是并联关系；
TVS需要靠近保护接口；
TVS需要良好接地，TVS的地PAD多打地孔；
根据电路的传输速率选择合适的极间电容/结电容；
TVS的Vrwm和功率需要选择合适的参数；
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：

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