電路設計和EMC設計的關鍵 第13篇 EMC概述（1） 什麼是電磁相容性（EMC）？

大家好！我是ROHM的稻垣。

從第13篇開始，將是大家期待已久的內容!我們將開始電磁相容性（EMC）中級篇！從本文開始，我想圍繞“電磁相容性（EMC）”做一個深入探討。希望本系列的內容對您有所説明！

本文的重點是：什麼是電磁相容性（EMC）？當然這也是為了溫習一下相應的內容。在初級篇的第１篇中，有過以下介紹：
“電磁相容性（EMC）”主要分為兩種，一種是設備本身的電磁雜訊對其他設備或人體帶來的影響（電磁干擾，EMI：Electromagnetic Interference, Emission），另一種是設備是否會因來自外部的電磁干擾而發生誤動作（電磁敏感性EMS：Electromagnetic Susceptibility, Immunity），之所稱為“電磁相容性”，是由於為了避免發生故障，這兩方面都要兼顧。

以文字的形式寫成“定義”是這樣的，理解起來有點難是吧。下面我將淺顯易懂地、直觀地解釋一下。我將以大家熟悉的半導體積體電路（LSI、IC）為主角進行解說。

首先是電磁干擾（EMI或雜訊）。如今，已經開發出並且在售的LSI和IC種類繁多。為了便於說明，大致分類如下：

• ①舊式三引腳電源（7805和7905等）和低飽和電源（LDO）等直流電源相關產品。這些產品要處理的訊號是直流（DC）的。
• ②運算放大器（Op-Amp）、電壓比較器（比較器）、語音訊號處理等相關的產品。要處理的訊號是基於正弦波的類比訊號和線性訊號。
• ③微控制器、記憶體、邏輯等相關的產品。要處理的訊號是數位訊號。
• ④最近常用的開關電源和電荷泵電源等電源相關的產品；LED驅動器、LCD驅動器等顯示相關的產品；PWM馬達驅動器等驅動相關的產品。這些LSI和IC是涉及到開關技術的產品。

其中①和②不產生電磁干擾（EMI），③和④產生電磁干擾（EMI）。可以簡單的理解為類比LSI和線性LSI不會產生電磁雜訊，而數位LSI和開關LSI會產生電磁雜訊，這樣說可能更直觀易懂。

由於直流電壓本身沒有基波和諧波分量，正弦波中的高次諧波分量（基波的N倍頻分量）很少，因此不易產生電磁雜訊。而數位LSI和開關LSI是處理矩形波（脈衝波）的產品，因此會產生比如在1GHz（千兆赫茲）左右的高次諧波分量（主要是奇次諧波）。這就是“電磁干擾 (EMI)”的真實狀況。換句話說，數位LSI和開關LSI所進行的電路工作會產生電磁干擾（EMI）。當然，其優點（好處）是透過數位工作可實現高速、大規模的運算處理，透過低功耗工作可延長電池驅動時間。這些產品之所以能夠在世界範圍內被廣泛使用，因為它們的優點（好處）大於缺點（壞處）。

其次，電磁敏感性（EMS或電磁抗擾度）是半導體積體電路（LSI、IC）對電磁雜訊的抵抗能力，要求其足夠強以防止誤動作。可以從兩個角度來看電磁敏感性（EMS）。

首先是從電壓軸的角度來思考。製程越來越微細，電源電壓越來越低，這也就越來越容易導致誤動作。很久以前，5V邏輯IC是主流產品，但現在電源電壓為0.9V的產品並不少見。例如，在邏輯IC中，內部閾值電壓（IC內部區分H電平和L電平的電壓）已從2V降低到0.4V。5V邏輯IC受1V外部電磁雜訊的影響是不會產生誤動作的，而0.9V邏輯IC則很容易產生誤動作。儘管如此，仍然使用0.9V邏輯IC是因為其具有低功耗設計所需的優勢（優點）。

然後是從頻率軸的角度來思考。半導體積體電路（LSI、IC）不能以其單體的形式單獨工作，需要安裝在印刷電路板（PCB）上組成電路後執行工作。在印刷電路板（PCB）上，包括LSI內部在內，存在很多與佈線相關的寄生分量。簡單的有寄生電阻R（佈線電阻）、寄生電容C（雜散電容）、寄生電感L（直流電感）等。經常聽到的比較有代表性的有ESR（Equivalent Series Resistance：等效串聯電阻）和ESL（Equivalent Series Inductance：等效串聯電感）。而寄生分量中最麻煩的是電容分量和電感分量。這是因為存在於LSI內部和整個印刷電路板（PCB）的寄生電容C和寄生電感L會引發諧振現象。LC串聯諧振和並聯諧振可以發生在從低頻到高頻的各種頻率上。在這些諧振頻率上，阻抗會變為零或無窮大，從而形成容易發生誤動作的頻率。這也是需要很強的電磁敏感性（電磁抗擾度）的原因之一。之所以說是“之一”，是因為還有很多其他原因，比如容易誤動作的電路結構和電路板底片等。一般說來，相比電磁干擾（EMI）對策，針對電磁敏感性（EMS）的對策更難，原因是電磁敏感性（EMS）涉及到諸多因素，而要判明其中的哪一個因素是起主要作用的，就需要時間和技巧（技術）了。

接下來我想談談電磁雜訊的傳播路徑，但是放在這一篇文章裡會顯得內容過多，所以我會在下一篇中進行講解。

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