2.1 EMC测试与共模电流分析

2.1.1 EMC测试是EMC设计的重要依据

EMC测试是衡量电子产品EMC性能优劣的首要依据。各种EMC标准不但规定了各类电子产品的测试等级，而且还规定了测试方法和手段，因此EMC设计及EMC问题的分析必须建立在相关标准规定EMC测试的基础上。

CISPR11、CISPR13、CISPR14、CISPR15、CISPR32、CISPR35；IEC61000-4-2、IEC61000-4-3、IEC61000-4-4、IEC61000-4-5、IEC61000-4-6、IEC61000-4-8、IEC61000-4-11、IEC61000-3-2、IEC61000-3-3等标准对工业、科学、医疗仪器，广播接收机，家用电器及手工具、灯具类以及信息技术产品等所要进行的电磁干扰测试和电磁敏感度测试做了规定。对于汽车电子零部件EMC测试标准，同样有ISO11452、ISO10605、CISPR 25、ISO 7637等，这些标准对汽车电子零部件的电磁干扰和电磁敏感度测试做了规定。同时，为了强调汽车的安全，在汽车及汽车电子的EMC测试中，其抗扰度测试显得更为重要。ISO-11452和ISO-7637是针对汽车电子进行的抗扰度性能的标准和规范。

以上所述这些标准中规定的EMC测试给设计结果提供了一个标准的评价依据。充分了解EMC测试的实质，有利于从EMC测试原理探索和形成一种EMC设计的分析方法，即找到一种建立在EMC测试原理基础上的EMC设计及EMC问题的分析方法。

2.1.2 辐射发射测试

1.辐射发射测试目的

辐射发射测试的目的是测试电子、电气和机电产品及其部件所产生的辐射发射，包括来自壳体、所有部件、电缆及连接线上的辐射发射，用来鉴定其辐射是否符合标准的要求，以便在正常使用过程中不影响同一环境中（如汽车内部）的其他无线电接收设备。

2.常用的辐射发射测试设备

根据常用普通电子设备的辐射发射测试标准CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32以及汽车及零部件辐射骚扰测试标准CISPR12和CISPR25（被国内等同采用，对应的国标为GB 14023和GB/T 18655）中的规定，辐射发射测试主要需要如下设备：

（1）EMI自动测试控制系统（电脑及软件）。

（2）EMI测试接收机。

（3）各式天线（主动、被动棒状天线，大小形状环路天线，功率双锥天线，对数周期天线，喇叭天线）及天线控制单元等。

（4）半电波暗室或开阔场。

（5）对于汽车电子零部件的辐射骚扰测试还需要人工电源网络[AMN，也叫线性阻抗稳定网络（LISN）]。在实验室里，人工电源网络用来代替线束的阻抗，以便确定被测设备（EUT）的工作情况。对人工电源网络的参数有严格的要求，它为不同实验室里测试结果的可比性提供了依据。

EMI测试接收机是EMI测试中最常用、最基本的测试仪器。基于测试接收机的频率响应特性要求，按CISPR16规定，测试接收机有四种基本检波方式，即准峰值检波、均方根值检波、峰值检波及平均值检波。然而，大多数电磁干扰都是脉冲干扰，它们对音频影响的客观效果是随着重复频率的增高而增大的，具有特定时间常数的准峰值检波输出特性，可以近似反映这种影响。因此在无线广播领域，CISPR推荐采用准峰值检波。由于准峰值检波器既能利用干扰信号的幅度，又能反映它的时间分布，因此其充电时间常数比峰值检波器大，而放电时间常数比峰值检波器小，对不同频谱段应有不同的充放电时间常数。峰值检波和准峰值检波主要用于脉冲干扰测试。

天线是辐射发射测试的“传感器”，而辐射发射测试频率范围从几十kHz到几十GHz，在这么宽的频率范围内测试，所用天线种类繁多，且必须借助各种探测天线把被测场强转换成电压。例如在30～300MHz频率范围内，常采用偶极子天线与双锥天线；在300MHz～1GHz频率范围内，采用偶极子天线、对数周期天线及对数螺旋天线；在1～40GHz频率范围内，采用喇叭天线。这些天线的相关参数可参考制造厂商提供的出厂资料。通常，辐射发射测试用天线具有下列特点：

（1）为了提高测试速度，一般采用宽频带天线，除非只对少数已知的干扰频率点进行测试。

（2）宽频带天线在出厂前提供校正曲线，使用时需输入此天线校准的天线系数。

（3）不少测试用天线都工作在近场区，测试结果对测试距离很敏感，为此测试中必须严格按测试规定进行。因为在近场区电场、磁场之比（波阻抗）不再是一个常数，所以有些天线虽然给出了电场、磁场的校正系数，但只有当这些天线用于远场测试时才有效，而在测试近场干扰时电场与磁场测试结果不能再按此换算，这是在测试中容易忽略的问题。

开阔场是专业辐射发射测试场地，满足标准对于测试距离的要求，在标准要求的测试范围内（无障碍区）没有与测试无关的架空走线、建筑物、反射物体，而且应该避开地下电缆，必要时还应该有气候保护罩。该场地还要满足标准CISPR16、ANSI63.4关于场地衰减的要求。半电波暗室是一个开阔场模拟空间，除地面安装反射平面外，其余五个内表面均安装吸波材料，该场地也满足标准CISPR16、ANSI63.4、EN50147-2关于场地衰减和屏蔽效能的要求。

控制单元仅仅是为了使测试中各个设备之间能协调动作，自动完成辐射发射测试。

3.辐射发射测试方法

图2-1所示是根据CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32等标准要求的辐射发射测试布置图。在进行辐射发射测试时，被测设备（EUT）置于半电波暗室内部，在转台上旋转，在接收天线分别处于垂直极化和水平极化的情况下找到最大的辐射点。辐射信号由接收天线接收后，通过电缆传到半电波暗室外的接收机。

台式设备测试布置图如图2-2所示。具体要求如下：

（1）互连I/O电缆距离地面不应小于40cm。

（2）除了实际负载连接，EUT还可以接模拟负载；但是模拟负载应该符合阻抗关系，同时还要能够代表产品应用的实际情况。

（3）EUT与辅助设备AE的电源线直接插入地面的插座，而不应该将插座延长。

（4）EUT同辅助设备AE的间距为10cm。

（5）如果EUT本身的电缆比较多，应该仔细理顺，分别处理，并且在测试报告中记录，以便获得再次测试的重现性。

立式设备测试布置图如图2-3所示。具体要求如下：

（1）机柜之间的I/O互连线应该自然放置，如果过长，应扎成30～40cm的线束。

（2）EUT置于金属平面上，同金属平面绝缘间隔10cm左右；接模拟负载或暗室内其他接口的电缆应该注意其同金属平面的绝缘性。

（3）如EUT电源线过长，则应扎成长度为30～40cm线束，或者缩短到刚好够用为宜。

（4）如果EUT本身的电缆比较多，应该仔细理顺，分别处理，并且在测试报告中记录，以便获得再次测试的重复性。

对于汽车电子设备的辐射发射测试，应根据图2-4所示的要求进行布置。在辐射发射测试时，汽车电子被测设备（EUT）置于半电波暗室内部，在接收天线与EUT线束的距离为1m，并且接收天线处于垂直极化和水平极化的情况下，找到最大的辐射点。辐射信号由接收天线接收后，通过电缆传到半电波暗室外的接收机。

2.1.3 传导骚扰测试

1.传导骚扰测试目的

传导骚扰测试是为了衡量电子产品或系统从电源接口、信号接口向电网或信号网络传输的骚扰，根据此骚扰来评价电源线、信号线接入电网或通信网络后产生的电磁辐射。

2.常用的传导骚扰设备

根据常用传导骚扰测试标准CISPR16、CISPR11、CISPR13、CISPR15、CISPR32及汽车电子传导骚扰测试标准CISPR25的要求，传导骚扰测试主要需要如下设备：

（1）EMI自动测试控制系统（电脑及其界面单元）。

（2）EMI测试接收机。

（3）人工电源网络（AMN），或称为线性阻抗稳定网络（LISN）。AMN是一种耦合去耦电路，主要用来提供干净的DC或AC电源，并阻挡EUT骚扰回馈至电源，同时提供特定的阻抗特性。CISPR16和汽车电子产品EMC测试标准规定的AMN的内部电路架构与阻抗特性曲线分别如图2-5和图2-6所示。

（4）电流探头（Current Probe）。电流探头是利用流过导体的电流所产生的磁场被另一线圈感应的原理而制得的，通常用来对信号线进行传导骚扰测试。

3.传导骚扰测试方法

与辐射发射测试相比，传导骚扰测试需要较少的仪器，不过它需要一个2m×2m以上的参考接地板，并超出EUT边界至少0.5m。因为屏蔽室内的环境噪声较低，同时屏蔽室的金属墙面或地板可以作为参考接地板，所以传导骚扰测试通常在屏蔽室内进行。图2-7所示是普通电子产品台式设备的电源接口传导骚扰测试配置图，AMN实现传导骚扰信号的拾取与阻抗匹配，再将信号传送至接收机。对于落地式设备，在测试时，只要将EUT放置在离地0.1m高的绝缘支架上即可。除电源接口需要进行传导骚扰测试外，信号接口、通信接口也要进行传导骚扰测试。信号接口的测试方法相对比较复杂，有两种测试方法，即电压法与电流法，将其测试结果分别与标准中的电流限值与电压限值比较，以此来确定是否通过测试。

图2-8所示是汽车电子设备传导骚扰测试配置图，其中人工电源网络（AMN）实现传导骚扰信号的拾取与阻抗匹配，再将信号传送至接收机。

2.1.4 静电放电抗扰度测试

1.静电放电测试目的

静电放电测试目的是为了衡量电子产品或系统的抗静电放电干扰的能力。它模拟：①操作人员或物体在接触设备时的放电；②人或物体对邻近物体的放电。

2.静电放电测试设备

图2-9和图2-10分别示出了符合IEC61000-4-2标准的静电放电发生器基本原理图和静电放电的电流波形。

图2-10中Im表示归一化电流峰值，上升时间为tr=0.7～1ns。在IEC61000-4-2标准中，放电电路中的储能电容CS代表人体对地的寄生电容，现公认为150pF。放电电阻Rd为330Ω，用以代表手握钥匙或其他金属工具的人体接触点与人体对地寄生电容之间的电阻。现已证明，用这种放电状态来体现人体放电的模型是足够严酷的。测试电压要由低到高逐渐增加到规定值。

对于符合标准ISO10605标准的静电放电设备，需要具有下列两种情况下的人体静电放电模型：

（1）乘员在乘客车厢内时发生的静电放电现象；

（2）人员从外部进入乘客车厢时发生的静电放电现象。

这两种放电模型对应不同的静电放电枪阻容网络，如图2-11（a）、（b）所示。另外，汽车电子设备的静电放电枪要求输出电压范围为-25～+25kV。直接接触放电波形验证参数如表2-1所示。

对于空气放电时的放电波形，标准要求验证在放电电压为±15kV时的波形参数，上升沿时间应小于5ns。

3.静电放电测试方法

静电放电包括接触放电与空气放电，而接触放电又包括直接放电与间接放电。放电点包括所有接触面，对于绝缘表面采用空气放电，对于金属表面采用接触放电。在进行静电放电测试时，静电放电发生器的电极头通常应垂直于被测设备的表面。测试次数分正负极性，IEC61000-4-2标准规定至少各放电10次，测试间隔一般约1s；而ISO10605则规定只要正负极性各放电3次，放电间隔至少为5s。在静电放电测试前和测试后要同时监测被测设备功能是否正常，以判定是否合格。

IEC61000-4-2标准规定的测试严酷度等级如表2-2所示。

等级的选择取决于环境等因素，但对具体的产品来说，往往已在相应的产品或产品族标准中加以规定。

对于适合IEC61000-4-2测试的台式普通电子设备，测试时应按图2-12所示进行配置，其中测试设备包括一个放在参考接地板上的0.8m高的木桌。放在桌面上的水平耦合板（HCP）面积为1.6m×0.8m，并用一个厚0.5mm的绝缘衬垫将被测设备和电缆与耦合板隔离。如果被测设备体积过大而不能保持与水平耦合板各边的最小距离为0.1m，则应使用另一块相同的水平耦合板，并与第一块短边侧距离0.3m。但此时必须将桌子扩大或使用两个桌子，这些水平耦合板不必焊在一起，而应经过另一根带电阻的电缆接到参考接地板上。

对于落地式普通电子设备，其测试应按图2-13所示进行配置，被测设备和电缆用厚度约为0.1m的绝缘支架与接地参考平面隔开。

ISO10605标准规定的测试严酷度等级，分为被测设备带电运行测试时的等级和不带电运行测试时的等级，分别如表2-3和表2-4所示。

对于汽车电子设备，当在通电状态下进行测试时，被测设备（EUT）放置在参考接地板上（见图2-14）。如果被测设备是安装在汽车底盘上的电子设备，则将其直接放置在参考接地板上并使它们相连。如果被测设备在正常安装时与地绝缘，则测试时被测设备与参考接地板之间要布置绝缘板。当在不通电状态下进行测试时，被测设备需要安装在位于参考接地板与被测设备之间的静电耗散材料上，以便释放测试时所集聚的电荷。

对于不接地设备，由于它不像其他设备那样能自己放电，在测试中若在下一个静电放电脉冲施加之前电荷未消除，则被测设备上的电荷累积可能使电压为预期测试电压的两倍，从而造成高能量意外绝缘击穿放电的可能。因此，不接地设备在每个静电放电脉冲施加之前都应消除在被测设备上的电荷。IEC61000-4-2规定使用类似于水平耦合板和垂直耦合板用的带有470kΩ泄放电阻的电缆，ISO 10605则规定使用1MΩ耗散电阻。

2.1.5 射频辐射电磁场的抗扰度测试

1.射频辐射电磁场抗扰度测试目的

射频辐射电磁场对设备的干扰，往往是由设备操作人员、维修人员和安全检查人员在使用移动电话、无线电台、电视发射台、移动无线电发射机等电磁辐射源（属有意发射）时产生的。另外，汽车点火装置、电焊机、晶闸管整流器、荧光灯在工作时产生的寄生辐射（属无意发射），也会产生射频辐射干扰。对其测试的目的是建立一个共同的标准来评价电气和电子产品或系统的抗射频辐射电磁场干扰的能力。

2.测试仪器

（1）信号发生器（主要指标是带宽，有调幅功能，能自动或手动扫描，扫描点上的留驻时间可设定，信号的幅度能自动控制等）。

（2）功率放大器（要求在1m法、3m法或10m法的情况下，达到标准规定的场强。对于小产品，也可以采用1m法进行测试，但当1m法和3m法的测试结果有争执时，以3m法为准）。

（3）天线（在不同的频段下使用双锥天线和对数周期天线，国外已有在全频段内使用的复合天线）。

（4）场强测试探头。

（5）场强测试与记录设备。若在基本仪器的基础上增加功率计、计算机（包括专用的控制软件）、场强探头的自动行走机构等，可构成一个完整的自动测试系统。

（6）半电波暗室。为了保证测试结果的可比性和重复性，要对测试场地的均匀性进行校验。

（7）横向电磁波室（TEM小室）、带状线天线、平行板天线。

3.辐射电磁场抗扰度测试方法

当按照标准IEC61000-4-3的规定进行辐射电磁场抗扰度测试时，要用1kHz正弦波进行幅度调制，调制深度为80%，其波形如图2-15所示（在早期的测试标准中不需要调制）。将来有可能再增加一项键控调频，调制频率为200Hz，占空比为1∶1。

测试应在半电波暗室中进行（其配置见图2-16），用监视器监视EUT的工作情况（或从EUT引出可以说明EUT工作状态的信号至测定室，由专门仪器予以判定）。暗室内有天线（包括天线的升降塔）、转台、EUT及监视器，工作人员以及测定EUT性能的仪器、信号发生器、功率计和计算机等设备在测定室里，高频功率放大器则放在功放室里。在测试中，对EUT的布线非常讲究，应记录在案，以便必要时重现测试结果。

场强、测试距离与功率放大器的关系如表2-5所示（仅供参考）。

对于汽车电子设备，辐射电磁场抗扰度测试的方法包括：

（1）自由场（Free Field）测试法（标准ISO 11452-2中规定）。

（2）横向电磁波室（TEM Cell，Transverse Electromagnetic Mode Cell）测试法（标准ISO 11452-3中规定）。

（3）带状线（Stripline）测试法（标准ISO 11452-5中规定）。

（4）平行板天线（Parallel Plate Antenna）测试法（标准ISO 11452-6中规定）。

● 自由场测试法。

由于电波暗室（吸波室）的空间较大，自由场测试法一般不限制被测设备（EUT）的体积大小，可容纳较大型尺寸的EUT进行测试，它也比较容易使用CCTV或其他监视装置来观察EUT在测试过程中的动作特性。一般的汽车电子设备或零部件（如电动后视镜等），都可用自由场测试法。自由场测试法适用的频率范围为200MHz（或20MHz）～18GHz。自由场测试法的测试配置图如图2-17所示。

● 横向电磁波室测试法。

根据ISO 11452-3中的规定，TEM（横向电磁波）单元只是一段简单的封闭传输线，其一端馈入一定的RF功率，另一端接一个负载阻抗。随着传输线中电磁波的传播，导体间就建立起一个电磁场。TEM描述的是在这类单元的作用区域内所产生的占主导地位的电磁场。当传输线长度给定时，在一定的截面积上场强均匀，且易测量或计算。EUT就放置在TEM单元的作用区域内。TEM单元一般呈箱体形式，内带一个隔离面，箱体的墙面作为传输线的一端，隔离面（或称隔膜）作为另一端。TEM单元的几何构造对传输线的特性阻抗有决定性的影响。其主要缺点是存在频率上限，这一上限频率与其物理尺寸成反比。当频率高于此上限时，场均匀性开始变差。TEM单元能够测量的最大EUT尺寸受其内部可用的场强均匀区域体积的限制，因此最大EUT尺寸和该单元可测的最高频率之间有着直接关系。TEM单元的最低测量频率可到DC。横向电磁波室测试法则适用于小型EUT的辐射抗扰度测试，其中箱体是封闭的，测试时除有很少的泄漏之外，单元外没有电磁场，因此这种单元可以不加外屏蔽而应用于任何环境，它一般适用的频率范围为0.01～200MHz（或更高）。横向电磁波室测试法测试配置图如图2-18所示。

● 带状线测试法。

带状线包含150mm和800mm（高度）两种规格，150mm规格带状线的测试对象只局限于线路，800mm规格的带状线则可将EUT放入带状线中测试。带状线测试法的限制是EUT本体或被测线路最大的直径尺寸仅能为带状线高度的1/3或更小，且必须在屏蔽室内进行测试。带状线测试法所适用的频率为0.01～200MHz。150mm带状线测试法的测试配置图如图2-19所示。

● 平行板天线测试法。

在测试对象上，平行板天线测试法类似于自由场测试法，但它适合于较低频带范围的测试，且特别适用于低频电场测试。测试所适用的频率为0.01～200MHz。平行板天线测试法测试配置图如图2-20所示。

一般情况下，测试标准中所规定的调制信号都是调制深度为80%、频率为1kHz的正弦波，但也有个别的汽车厂商可能会有不同的要求。定义调制参数的目的是为测试规定一个恒定的峰值电平，这一点与IEC61000-4-3标准规定的抗扰性测试不同。在IEC61000-4-3标准规定的抗扰性测试中，调制信号的峰值功率比未调制信号高5.3dB。而在峰值电平恒定的测试中，调制深度为80%的已调制信号功率只有未调制信号功率的0.407倍。ISO 11452中清楚地定义了这种信号的施加过程：

● 在每个频率点上，线性增大或对数增大信号强度，直到信号强度满足要求（对开环法指净功率满足要求，对闭环法则指测试信号的电平严格满足要求），根据+2dB准则监测前向功率。

● 按要求施加已调信号，并使测试信号保持时间等于EUT最小响应时间。

● 缓慢降低测试信号强度，然后进行下一个频率的测试。

2.1.6 瞬态快脉冲的抗扰度测试

1.瞬态快脉冲测试目的

电路中机械开关对电感性负载的切换，通常会对同一电路的其他电气和电子设备产生干扰。这类干扰的特点是脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低。实践中，因电快速瞬变脉冲群造成设备故障的概率较小，但使设备产生误动作的情况经常可见，除非有合适的对策，否则较难通过。电快速瞬变脉冲群测试是一种瞬态快脉冲测试，对于普通电子设备，IEC61000-4-4标准中对这个测试做了明确的规定，为电气和电子设备在进行电快速瞬变脉冲群测试时建立了一个评价抗电快速瞬变脉冲群干扰的共同依据。

对于汽车电子设备，该项测试采用的是ISO 7637-2标准规定的P3a、P3b瞬态脉冲波形测试，也是一种瞬态快脉冲测试。其中，P3a用来模拟汽车电子系统中各种开关、继电器和保险丝在开启或关闭的过程中由于电弧所产生的快速瞬变脉冲群；P3b则用来模拟电动门窗的驱动单元、喇叭或中央门控系统的开关切换过程中所产生的快速瞬变脉冲群。其测试的目的与IEC61000-4-4规定的测试一样，是为了在对汽车电子设备进行电快速瞬变脉冲群测试时建立了一个评价抗电快速瞬变脉冲群干扰的共同依据。

2.IEC61000-4-4标准中电快速瞬变脉冲群测试设备

图2-21为电快速瞬变脉冲群的发生器基本线路，其中储能电容Cc的大小决定单个脉冲的能量；波形形成电阻Rs和储能电容配合，决定了波形的形状；阻抗匹配电阻Rm决定了脉冲发生器的输出阻抗（标准为50Ω）；隔直电容Cd则隔离了脉冲发生器中的直流成分。电快速瞬变脉冲群波形如图2-22所示。电快速瞬变脉冲群发生器的基本要求如下：

■ 脉冲的上升时间（指10%～90%）：5（1±30%）ns；

■ 脉冲持续时间（上升沿的50%至下降沿的50%）：50（1±30%）ns；

■ 脉冲重复频率：5kHz或100kHz；

■ 脉冲群的持续时间：15ms；

■ 脉冲群的重复周期：300ms；

■ 发生器在1000Ω负载时输出电压（峰值）：0.25～4kV；

■ 发生器在50Ω负载时输出电压（峰值）：0.125～2kV；

■ 发生器的动态输出阻抗：50（1±20%）Ω；

■ 输出脉冲的极性：正/负；

■ 与电源的关系：异步。

3.ISO 7637-2标准中电快速瞬变脉冲群测试设备

ISO7637-2标准中规定的测试脉冲P3a、P3b产生原理（见图2-23）：测试脉冲P3发生在开关切换的瞬间。这种脉冲的特性受到线束分布电容和电感的影响。由于线束的分布电容和电感的值通常都很小，因此在整个ISO7637-2标准里P3脉冲是一系列高速、低能量的小脉冲，常能引起采用微处理器或数字逻辑控制的设备产生误动作。

用于P3快速瞬态脉冲测试的测试发生器应具有表2-6和图2-24所示参数的特性。

4.IEC61000-4-4标准规定的电快速瞬变脉冲群测试方法

IEC61000-4-4标准规定有两种类型的电快速瞬变脉冲群测试：电源接口的电快速瞬变脉冲群测试和I/O接口的电快速瞬变脉冲群测试。电快速瞬变脉冲群测试的实验室配置与静电放电测试类似，地面上有参考接地板，接地板的材料与静电放电的要求相同。图2-25所示为电源接口EFT/B测试的连接图。图2-26所示为I/O接口EFT/B测试的连接图。

EFT/B测试的耦合/去耦原理如图2-27所示。

1）耦合/去耦网络

交/直流电源接口的耦合/去耦网络（Couple and Decouple Networks，CDN）提供了把测试电压施加到被测设备（EUT）电源接口的能力。可以看到，从测试发生器来的信号电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线（L1、L2、L3、N及PE）上，信号电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连，机壳则接到参考接地端子上。耦合/去耦网络的作用是将干扰信号耦合到EUT并阻止干扰信号干扰连接在同一电网中的不相干设备。一些电快速脉冲发生器已将耦合/去耦网络集成为一体。

2）电容耦合夹

关于电容耦合夹的应用，在标准IEC61000-4-4中指出：耦合夹能在EUT各接口的端子、电缆屏蔽层或EUT的任何其他部分无任何电连接的情况下把快速瞬变脉冲群耦合到受试线路上。受试线路的电缆放在耦合夹的上下两块耦合板之间，耦合夹本身应尽可能地合拢，以提供电缆和耦合夹之间的最大耦合电容。耦合夹的两端各有一个高压同轴接头，用其最靠近EUT的一端与发生器通过同轴电缆连接。高压同轴接头的芯线与下层耦合板相连，高压同轴接头的外壳与耦合夹的底板相通，而耦合夹放在参考接地板上。目前，IEC61000-4-4标准中规定耦合夹所能提供的耦合电容大小为100～1000pF。图2-28所示为容性耦合夹构造。

3）实验设置

参考接地板用厚度为0.25mm以上的铜板或铝板（需提醒的是，普通铝板容易氧化，易造成测试仪器、EUT的接地电缆与参考接地板之间搭接不良，须慎用）；若用其他金属板材，则要求其厚度大于0.65mm。参考接地板的尺寸取决于测试仪器和EUT，以及测试仪器与EUT之间所规定的接线距离（1m）。参考接地板的各边至少应比上述组合超出0.1m。参考接地板应与实验室的保护地相连。

● 测试仪器（包括脉冲群发生器和耦合/去耦网络）放置在参考接地板上。测试仪器用尽可能粗短的接地电缆与参考接地板连接，并要求在搭接处所产生的阻抗尽可能小。

● 被测设备（EUT）用0.1m±0.01m的绝缘支座隔开后放在参考接地板上（如果EUT是台式设备，则应放置在离参考接地板高度为0.8m±0.08m的木桌上）。EUT（或测试桌子）距参考接地板边缘的最小尺寸为0.1m。EUT应按照设备的安装规范进行布置和连接，以满足它的功能要求。另外，EUT应按照制造商的安装规范，将接地电缆以尽量小的接地阻抗连接到参考接地板上（注意：不允许有额外的接地情况出现）。当EUT只有两根电源进线（单相，一根L线，一根N线），而且不设专门接地线时，EUT就不能在测试时单独再拉一根接地线。同样，当被测设备通过三芯电源线进线（单相，一根L线，一根N线，一根电气接地线），而且未设专门接地线时，则此EUT也不允许另外再设接地线来接地，并且EUT的这根电气接地线还必须经受抗扰度测试。

● EUT与测试仪器之间的相对距离以及电源连线的长度都应控制在1m之内，电源线的离地高度控制在0.1m，如有可能，最好用一个木制支架来摆放电源线。当EUT的电源线不可拆卸，而且长度超过1m时，那么超长部分应当折叠成长为0.4m的线束，并行放置在离参考接地板上方0.1m处。EUT与测试仪器之间的距离仍控制在1m之内。标准还规定，上述电源线不应采用屏蔽线，但电源线的绝缘应当良好。

● 测试应在实验室中央进行，除了位于EUT、测试仪器下方的参考接地板，它们与其他所有导电性结构（如屏蔽室的墙壁和实验室里的其他有金属结构的测试仪器和设备）之间的最小距离为0.5m。

● 当使用耦合夹做EUT的抗扰度测试时，耦合夹应放置在参考接地板上，耦合夹到参考接地板边缘的最小距离为0.1m。同样，除了位于耦合夹下方的参考接地板，耦合夹与所有其他导电性结构之间的最小距离是0.5m。如果测试是针对系统中一台设备（如EUT1）的抗扰度性能测试时，则耦合夹与EUT1的距离关系保持不变，而将耦合夹相对于EUT2的距离增至5m以上（标准认为较长的导线足够使线路上的脉冲群信号损耗殆尽）。耦合夹也可由1m长的铝箔包裹受试电缆代替，前提是它可以提供和耦合夹一样的等效电容（100～1000pF）。如果现场条件不允许放置1m长的铝箔，也可以适当缩短长度，但仍要保证等效耦合电容。也可以将发生器的输出通过100pF的高压陶瓷电容直接加到受试电缆的芯线或外皮上。

● 在电源线上的测试通过耦合/去耦网络以共模方式进行，在每一根线（包括设备的电气接地线）上对地（对参考接地板）施加测试电压。要求每一根线都在一种测试电压极性下做三次，每次1min，中间相隔1min。在一种极性做完后，换作另一种极性。表2-7所示为测试严酷度等级。测试等级所代表的典型工作环境如下：1级，具有良好保护的环境，计算机机房可代表此类环境；2级，受保护的环境，工厂和发电厂的控制室可代表此类环境；3级，典型工业环境，发电厂和户外高压变电站的继电器房可代表此类环境；4级，严酷的工业环境，为采取特别安装措施的电站或工作电压高达500kV的开关设备可代表此类环境；X级，由厂家和客户协商决定。

● 测试每次至少要进行1min，而且正、负极性都必须做。

● 信号线和电源线在一起的直流设备的测试。像带有USB数据线并通过USB线供电的一类信号线和电源线在一起的设备（如移动硬盘、网络摄像头等），一般要采用电容耦合夹的干扰注入方式。这是因为，如果选用耦合/去耦网络，那么去耦网络中的去耦电容（0.1VF左右）以及去耦电感（>100VH）会使工作信号发生严重失真，特别是对于USB2.0等高速接口来说，其影响更为严重，从而让实验不能如实反映设备的真实状态。但如果是单独的直流电源线（不含信号线），仍旧采用耦合/去耦网络来施加干扰。

5.ISO 7637-2和ISO7637-3标准规定的电快速瞬变脉冲群测试方法

ISO 7637-2和ISO7637-3标准规定的电快速瞬变脉冲群（P3a和P3b波形）的测试配置原理图如图2-29所示。

12V系统的测试电平如表2-8所示。

24V系统的测试电平如表2-9所示。

ISO7637-2和ISO7637-3标准中利用脉冲P3a、P3b所进行的设备抗扰度测试与IEC61000-4-4标准中的非常相似。利用脉冲P3a、P3b所进行的设备抗扰度测试，对于汽车电子设备的高频EMC测试也具有代表性。

2.1.7 瞬态慢脉冲的抗扰度测试

1.瞬态慢脉冲测试目的

IEC61000-4-5标准中规定的浪涌测试是一种瞬态慢脉冲测试，主要是为了模拟以下两种现象：

（1）雷击（主要模拟间接雷）。例如，雷电击中户外线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而会产生干扰电压；间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在线路上会感应出电压或电流；雷电击中了邻近物体，在其周围建立了电磁场，当户外线路穿过电磁场时，在线路上感应出了电压和电流；雷电击中了附近的地面，地电流通过公共接地系统时将引入干扰。

（2）切换瞬变。例如，主电源系统切换时（如补偿电容组的切换）会产生干扰；同一电网中，在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时会形成干扰；再就是切换有谐振线路的晶闸管设备，以及各种系统性的故障（如设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障）。通过模拟测试的方法来建立一个评价电气和电子设备抗浪涌干扰能力的共同标准。

ISO标准中规定的瞬态慢脉冲测试包括波形P1、P2a、P2b、P5a、P5b的抗扰度测试，由于其能量相对较大（脉冲宽度为50Vs以上，幅度较大），干扰信号所包含的频谱相对较窄（脉冲上升时间为微秒级和毫秒级），因此本书中也将其归为“浪涌”测试。这些波形的测试是为了分别模拟汽车内以下几种脉冲：

（1）P1脉冲—产生于电感性负载的电源断开瞬间。它将影响直接与这个电感性负载并联在一起的设备的工作。由于标准没有提出电感性负载的电感量范围，所以它泛指在切换一般性电感性负载时发生的干扰。经统计和优选后提出，P1脉冲是内阻较大、电压较高、前沿较快和宽度较大的负脉冲，在整个ISO标准里属于中等速度和中等能量的脉冲干扰，对EUT兼顾了干扰（造成设备误动作）和破坏（造成设备中元器件的损坏）两方面的作用。

（2）P2a脉冲—由于和被试设备相并联的设备被突然切断电流而在线束电感上产生的瞬变。考虑到线束的电感量较小，所以该脉冲为幅度不高、前沿较快、宽度较小和内阻较小的正脉冲。它在整个ISO标准里属于速度偏快和能量较小的脉冲干扰，其作用与P1脉冲有点相似，但是为正脉冲。

（3）P2b脉冲—点火被切断的瞬间，由于直流电动机所扮演的发电机角色，并由此所产生的瞬变现象。这是一个电压不高、前沿较缓、宽度很大和内阻很小的脉冲。它在整个ISO标准里属于低速和高能量的脉冲干扰，着重考核对设备（元器件）的破坏性。P2b脉冲的这个作用与P5脉冲有点相似，但电压较低，脉冲更宽。

（4）P5脉冲—发生在放电的电池被断开的瞬间，而这时交流发电机正在对蓄电池充电，与此同时，其他的负载仍接在交流发电机的电路上。卸载脉冲的幅度取决于交流发电机的速度，以及在电池断开瞬间交流发电机的励磁情况。卸载脉冲的持续时间主要取决于励磁线路的时间常数以及脉冲的幅度。P5脉冲有P5a和P5b两种，上述的卸载脉冲指的是P5a脉冲。然而在大多数新的交流发电机中，卸载脉冲的幅度是通过附加的限幅二极管来抑制的（钳位），这样便形成了P5b脉冲。由此可见，P5a脉冲与P5b脉冲的区别在于：前者是未经限幅二极管钳位的脉冲，后者则是经过钳位后的脉冲。P5脉冲是幅度较高（100～200V，相对于系统电源电压来说，这已经算是高电压了）、宽度较大（达几百毫秒）、内阻极低（几欧，甚至零点几欧）的脉冲。所以在ISO标准里，P5脉冲属于能量比较大的脉冲，除了考核EUT在P5作用下的抗干扰能力，在相当程度上还在考核它对设备元器件的破坏性。

2.浪涌的模拟设备

按照IEC61000-4-5标准的要求，要能分别模拟在电源线上和通信线路上的浪涌测试。由于线路的阻抗不一样，浪涌在这两种线路上的波形也不一样。图2-30所示为组合波发生器简图。

组合波浪涌发生器产生的波形如图2-31所示。

图2-31（a）是1.2Vs/50Vs组合波开路电压波形（按IEC601波形规定），其波前时间为T1=1.67T=1.2（1± 30%）μs，半峰值时间为T2=50（1± 20%）μs。

图2-31（b）是8Vs/20Vs组合波短路电流波形（按IEC601波形规定），其波前时间为T1=1.25T=8（1± 30%）μs，半峰值时间为T2=20（1± 20%）μs。

除了能产生图2-31所示的波形，组合波浪涌发生器还应符合以下基本性能要求：

（1）开路输出电压（峰值）：±0.5kV～±4kV；

（2）短路输出电流（峰值）：±0.25kA～±2kA；

（3）发生器内阻：2Ω（可附加电阻10Ω或40Ω，以便形成12Ω或42Ω的发生器内阻）；

（4）浪涌输出极性：正/负；

（5）浪涌移相范围：0°～360°；

（6）最大重复率：至少每分钟1次。

10Vs/700VsCCITT组合波浪涌发生器的基本电路如图2-32所示。CCITT电压浪涌波形如图2-33所示。

波前时间：T1=1.67T=10（1± 30%）μs；

半峰值时间：T2=700（1± 20%）μs。

适用于通信线路测试的10Vs/700Vs组合波浪涌发生器除了能产生图2-33所示的电压波形，还应具有在短路的情况下产生5Vs/320Vs组合波的电流波形。同时，该发生器还应符合以下基本性能要求：

（1）开路峰值输出电压（峰值）：±0.5kV～±4kV；

（2）动态内阻：40Ω；

（3）输出极性：正/负。

按照ISO标准的要求，进行汽车电子产品浪涌测试的设备应具有如下输出波形特点：

（1）P1波形与参数如图2-34所示。

（2）P1校正参数如表2-10所示。

（3）P2a波形与参数如图2-35所示。

（4）P2a校正参数如表2-11所示。

（5）P2b波形与参数如图2-36所示。

（6）P2b校正参数如表2-12所示。

（7）P5a波形与参数如图2-37所示。

（8）P5a校正参数如表2-13所示。

（9）P5b波形与参数如图2-38所示。

注意：标准只对P5a有校正的参数，对P5b无数据。

3.浪涌测试方法

由于浪涌测试的电压和电流波形相对较缓，干扰波形所包含的频谱频率较低，这样导致寄生参数影响较小，因此IEC61000-4-5标准对测试时的配置要求也比较简单。对于电源线上的测试，都是通过耦合/去耦网络来完成的。图2-39所示为浪涌测试耦合原理图。

测试中要注意以下几点：

（1）测试前务必按照制造商的要求加接保护措施。

（2）测试速率至少每分钟1次，不过不宜太快，以便给保护器件有一个性能恢复的过程。事实上，自然界的雷击现象和开关站大型开关的切换同时发生的概率也不可能非常高。

（3）测试次数，一般正/负极性各做5次。

（4）测试电压要由低到高逐渐升高，以避免EUT由于伏安非线性特性出现的假象。另外，要注意测试电压不要超出产品标准的要求，以免带来不必要的损坏。标准中规定的测试严酷度等级如表2-14所示。

ISO 7637-2和ISO16750标准规定的浪涌测试配置要求与IEC61000-4-5标准中规定的测试配置要求类似，这里不再复述，只是当采用试验脉冲P5b进行试验时，需要用抑制二极管桥。关于测试等级，12V系统的测试等级如表2-15所示，24V系统的测试等级如表2-16所示。

2.1.8 传导抗扰度测试（CS）和大电流注入（BCI）测试

1.传导抗扰度测试（CS）和大电流注入（BCI）测试目的

在通常情况下，被干扰设备的尺寸要比干扰频率的波长短得多，而设备的引线（包括电源线、通信线和接口电缆等）的长度则可能与干扰频率的几个波长相当，这样，这些引线就可以通过传导方式对设备产生干扰。测试是为了评价电气和电子设备对由射频场感应所引起的传导抗扰度。对没有传导电缆（如电源线、信号线或地线）的设备，不需要进行此项测试。汽车电子设备与其他普通电子设备一样，也同样需要进行传导抗扰度测试，只是其在标准中的测试项目名称叫大电流注入（BCI）测试。

2.传导抗扰度测试（CS）基本测试设备

传导抗扰度的测试仪器的组成框图如图2-40所示。

（1）射频信号发生器（带宽为150kHz～230MHz，有调幅功能，能自动或手动扫描，扫描点上的留驻时间可设定，信号的幅度可自动控制）。

（2）功率放大器（取决于测试方法及测试的严酷度等级）。

（3）低通和高通滤波器（用于避免信号谐波对EUT产生干扰）。

（4）固定衰减器（衰减量固定为6dB，用以减少功放至耦合网络间的不匹配程度，安装时尽量靠近耦合网络）。

（5）耦合/去耦网络（CDN）和电磁钳。

上述仪器如配上电子毫伏计、计算机等可组成自动测试系统。

3.传导抗扰度测试（CS）方法

IEC61000-4-6中规定的传导抗扰度测试，其测试的频率范围为150kHz～80MHz。当EUT尺寸较小时，可将上限频率扩展到230MHz。此外，为提高测试的难度，测试中要用1kHz的正弦波进行幅度调制，调幅深度为80%。

严酷度等级（见表2-17）的分类情况与IEC61000-4-3（GB/T17626.3）相同，测试一般可在屏蔽室内进行。传导抗扰度测试配置图如图2-41所示。干扰的注入方式有：

（1）耦合/去耦网络（CDN）（在作电源线测试时常用，当信号线数目较少时也常采用），其原理图如图2-42所示。

（2）电流钳和电磁耦合钳（特别适合于对多芯电缆的测试。其中电磁耦合钳在1.5MHz以上频率时对测试结果有良好的再现性；当频率高于10MHz时，电磁耦合钳比常规的电流钳有较好的方向性，并且在辅助设备信号参考点与参考接地板之间不再要求有专门的阻抗，因此使用更方便）。

4.大电流注入（BCI）测试基本测试设备和测试方法

ISO11452-4和ISO11452-7规定了汽车电子设备的两种传导抗扰度测试方法，即大电流注入法和直接注入法。前者需要向EUT中注入干扰电流，并控制注入电流的大小；后者则注入功率并控制注入功率的大小。CDN原理图如图2-42所示。

（1）大电流注入法（BCI法）

一般车辆内的线路安排方式都是由各种不同的线束互相捆绑而成的，各个线束上皆有各自的电流信号，因为线束是互相捆绑而成的，受干扰的机会变大，较为脆弱的线束很容易被影响，造成原本在此线束上的信号发生变动，以致影响到线束末端的电气装置。BCI法在ISO 11452-4和SAE J1113/4中均有描述，当采用该方法时，将一个电流注入探头放在连接EUT的电缆线束装置（如影音系统、光驱、电动后视镜等汽车电子设备的线束）之上，然后向该探头注入RF干扰。此时，探头作为第一电流变换器，而电缆装置作为第二电流变换器，因此RF电流先在电缆装置中以共模方式流过（即电流在装置的所有导体上以同样的方式流动），然后进入EUT的连接接口。

真正流过的电流由电流注入处装置的共模阻抗决定，而在低频下它几乎完全由EUT和电缆装置另一端所连接的相关设备对地的阻抗决定。一旦电缆长度达到四分之一波长，阻抗的变化就变得十分重要，它可能降低测试的可重复性。此外，由于电流注入探头会带来损耗，因而需要较大的驱动能力才能在EUT上建立起合理的干扰水平。尽管如此，BCI法还是有一个很大的优点，那就是其非侵入性；因为探头可以简单地夹在任何直径不超过其最大可接受直径的电缆上，而不需要进行任何直接的电缆导体连接，也不会影响电缆所连接的工作电路。BCI法应在屏蔽室内进行，以获得正确的测试结果。一般BCI法所适用的频率范围为1～400MHz（或延伸至1000MHz）。BCI法测试配置图如图2-43所示。

（2）直接注入法

BCI法对驱动能力要求过高，而且在测试过程中与相关设备的隔离也不好，ISO 11452-7标准中规定的直接注入法的目的就是要克服BCI法的这两个缺点。具体做法是将测试设备直接连接到EUT电缆上，通过一个宽带人工网络（Broadband Artificial Network，BAN）将RF功率注入EUT电缆，将射频能量直接耦合到EUT中，而不干扰EUT与其传感器和负载的接口，该BAN在测试频率范围内对EUT呈现的RF阻抗可以控制。BAN在流向辅助设备的方向至少能够提供500W的阻抗。干扰信号通过一个隔直电容，直接耦合到被测线上。直接注入法可以针对个别电源线或信号线进行抗扰度测试。直接注入法测试应在屏蔽室中进行，适用的频率范围为0.25～400MHz（或延伸至500MHz）。直接注入法测试配置图如图2-44所示。

2.1.9 电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试

1.电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试目的

IEC61000-4-11/29标准中规定的电压瞬时跌落、短时中断是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化所引起的。在某些情况下会出现两次或更多次连续的跌落或中断。电压变化是由连接到电网的负荷连续变化引起的。这些现象本质上是随机的，其特征表现为偏离额定电压并持续一段时间。电压瞬时跌落和短时中断不总是突发的，因为与供电网络相连的旋转电机和保护元件有一定的反作用时间。如果大的电源网络断开（一个工厂的局部或一个地区中的较大范围），电压将由于有很多旋转电机连接到电网上而逐步降低。因为这些旋转电机短期内将作为发电机运行，并向电网输送电力，这就产生了电压渐变。大多数数据处理设备一般都有内置的断电检测装置，以便在电源电压恢复以后，设备按正确方式启动。但有些断电检测装置对于电源电压的逐渐降低却不能快速做出反应，结果导致加在集成电路上的直流电压在断电检测装置触发以前已降到最低运行电压水平之下，由此造成了数据的丢失或改变。这样，当电源电压恢复时，这个数据处理设备就不能正确地再启动。IEC61000-4-11/29标准规定了不同类型的测试来模拟电压的突变效应，以便建立一种评价电气和电子设备在经受这种变化时的抗扰性通用准则。

对于汽车电子设备，ISO标准中也同样规定了类似的电压抗扰度测试，即脉冲P4的抗扰度测试。它模拟的是由于发动机的启动电路的接通而引发车辆电源系统的电压跌落现象，这是一个跌落电压过半、持续时间为几秒至几十秒的跌落过程。在ISO标准里主要考核EUT在跌落过程中误动作情况，尤其考核带微处理器的设备有没有出现数据丢失和程序紊乱的情况。

2.电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试仪器

测试仪器的主要指标包括：

（1）输出电压精度：±5%。

（2）输出电流能力：100%UT时≤16A；其他输出电压时能维持恒功率，如70%UT时≤23A，40%UT时≤40A。

（3）峰值启动电流能力：不超过500A（220V电压时）；250A（100～120V电压时）。

（4）突变电压的上升或下降时间：1～5Vs（接100Ω负载）。

（5）相位：0°～360°（准确度为±10°）。

（6）输出阻抗：呈电阻性，并应尽可能小。

实现上述功能的测试仪器有两种基本形式，分别如图2-45和图2-46所示。图2-45中的是一种价格相对便宜的测试发生器形式，当两个开关同时切断时，便中断输出电压（中断时间可事前设定）；当两个开关交替闭合时，便可模拟电压的跌落或升高。发生器的开关可以由晶闸管或双向晶闸管构成，控制线路通常做成在电压过零处接通和电流过零处断开，所以这种线路只能模拟电压切换初始角度为0°和180°的情况；即使如此，由于仪器价格较低，也能满足一般电气与电子产品对电网骚扰的抗扰度测试需要，仍然获得了广泛的应用。图2-46中的发生器结构比较复杂，造价也贵；但其波形失真小，电压切换的相位角度可以任意设定，所以它比较容易实现电压渐变的测试要求。

按照ISO标准的要求，进行汽车电子产品电压跌落测试的测试设备（即P4波形发生器）应具有图2-47所示的波形与参数。

3.电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度测试方法

测试的电压等级分为电压跌落和短时中断的测试等级及电压渐变的测试等级，表2-18所示为电压跌落和短时中断的测试等级，表2-19所示为电压渐变的测试等级。

根据选定的测试等级及持续时间进行测试。测试一般做3次，每次间隔时间为10s。测试在典型的工作状态下进行。如果要规定电压在特定角度上进行切换，应优先选择45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°，一般选0°或180°。对于三相系统，一般是一相一相地进行测试。特殊情况下，要对三相同时做测试，这时要求有3套测试仪器同步进行测试。

ISO标准规定的电压跌落测试配置要求与IEC61000-4-11/29标准中规定的测试配置要求类似。至于测试等级，12V系统的测试等级如表2-20所示，24V系统的测试等级如表2-21所示。