一、基本概念

（一）EMS 定义

EMS 即 Electromagnetic Susceptibility，译为电磁抗扰度，指的是设备在面临各种电磁干扰环境时，依然能够维持正常运行的能力，简单来说，就是设备的抗干扰能力。在如今电气化与信息化高度融合的时代，各类电子设备数量众多且密集使用，它们不可避免地会受到周围复杂电磁环境的影响，因此，EMS 性能的优劣，直接关系到设备能否稳定工作。

（二）与 EMC 的关系

EMS 是电磁兼容性（EMC）的两大核心构成部分之一，另一部分是 EMI（电磁干扰）。这两者相辅相成，EMS 解决的是设备 “抗干扰” 的问题，确保设备在复杂电磁环境中能正常运行；而 EMI 则聚焦于设备 “不干扰他人”，控制设备自身向外界发射的电磁干扰，以免对其他设备的正常运行造成负面影响。只有同时满足 EMS 和 EMI 的要求，才能实现设备之间的电磁兼容性，保障整个电磁环境的和谐稳定。

二、测试标准

（一）国际通用标准

IEC 61000 – 4 系列标准是 EMS 测试的核心，其针对不同类型的电磁干扰制定了详细的测试规范：

• IEC 61000 – 4 – 2：静电放电（ESD）测试，用于模拟日常生活中人体或物体的静电放电对设备造成的影响。
• IEC 61000 – 4 – 3：辐射抗扰度（RS）测试，借助天线向设备辐射 80MHz – 6GHz 的高频电磁场，以此验证设备抵抗射频干扰的能力。
• IEC 61000 – 4 – 4：电快速瞬变脉冲群（EFT/Burst）测试，模拟电气开关动作产生的瞬态干扰，通过电源线或信号线耦合到设备上。
• IEC 61000 – 4 – 5：浪涌（Surge）测试，检验设备耐受雷电或大电流切换时产生的浪涌冲击的能力。
• IEC 61000 – 4 – 6：传导抗扰度（CS）测试，运用电流钳或耦合网络，将 150kHz – 80MHz 的干扰信号注入设备的电源线或信号线上。
• IEC 61000 – 4 – 11：电压暂降与中断（Dips & Interruptions）测试，模拟电网电压的波动，包括电压跌落、短时断电等情况，测试设备在这些异常情况下的稳定性。
• IEC 61000 -4- 8 : 工频磁场抗扰度，该测试模拟电力系统及其他电气设备产生的工频磁场对设备的影响。通常在设备周围施加频率为 50Hz 或 60Hz 的磁场，磁场强度根据设备的使用环境和标准要求而定。
• IEC 61000- 4- 9: 脉冲磁场抗扰度，主要模拟雷击、开关操作等产生的脉冲磁场对设备的干扰。采用特定的脉冲磁场发生器产生具有一定波形和幅值的脉冲磁场。
• IEC 61000- 4- 12: 阻尼振荡磁场抗扰度，用于模拟电力系统中开关操作在接地回路中产生的阻尼振荡磁场对设备的影响。测试设备产生频率范围通常为 100kHz – 100MHz 的阻尼振荡磁场。
• IEC 61000- 4- 6: 射频场感应的传导骚扰抗扰度，此测试是在传导抗扰度测试基础上，进一步考虑射频场感应到设备线缆上的传导骚扰情况。

（二）行业专用标准

不同行业的设备由于使用场景和要求各异，衍生出了行业专用的 EMS 测试标准：

• 汽车电子：采用 ISO 11452 系列标准，汽车在行驶过程中，车内电子设备不仅要承受发动机点火、车载无线电等内部电磁干扰，还要抵御来自外部的复杂电磁环境，因此该标准对汽车电子设备的抗干扰性能提出了严格要求。
• 医疗设备：遵循 IEC 60601 – 1 – 2 标准，医疗设备直接关系到患者的生命健康，任何因电磁干扰导致的设备故障都可能引发严重后果，所以医疗设备的 EMS 测试标准也极为严格。

三、主要测试项目

（一）静电放电（ESD）

静电放电模拟人体或物体在接触设备时瞬间释放静电的场景，对设备的电子元件和电路造成冲击。该测试分为接触放电和空气放电两种方式，接触放电最高可达 30kV，空气放电最高可达 30kV。测试时，除放电方式外，还需考虑不同的放电部位，如设备的外壳、接口、操作面板等。因为不同部位对静电放电的敏感程度不同，例如接口处连接的电缆可能会将静电引入设备内部，导致更严重的影响。需按照标准规定的放电次数和放电间隔，对每个关键部位进行放电测试。

（二）辐射抗扰度（RS）

测试过程中，通过天线向被测设备辐射 80MHz – 6GHz 的高频电磁场，模拟设备在实际使用中可能遇到的各种射频干扰，检验设备在复杂射频环境下的抗干扰能力。在 80MHz – 6GHz 的频率范围内，还需考虑不同的调制方式，如调幅（AM）、调频（FM）、脉冲调制等，因为不同的调制方式会对设备产生不同程度的干扰。此外，测试时应改变天线的极化方向，包括水平极化和垂直极化，以模拟实际环境中各种方向的辐射干扰。同时，还需考虑不同的场强分布，对设备进行全方位的辐射测试，确保设备在各种辐射环境下都能正常工作。

（三）电快速瞬变脉冲群（EFT）

该测试模拟电气开关动作时产生的快速瞬变脉冲干扰，这些干扰会通过电源线或信号线耦合到设备上，通常施加的干扰强度为 ±2kV/5kHz ，以检测设备对这类瞬态干扰的耐受能力。除施加 ±2kV/5kHz 的干扰强度外，还应考虑不同的脉冲宽度和上升时间。因为不同的电气开关动作会产生不同参数的脉冲群，例如一些高频开关电源产生的脉冲群上升时间可能更快，对设备的影响也会有所不同。此外，测试时应分别对电源线、信号线和控制线进行测试，并且要考虑不同线缆之间的耦合效应，以更准确地模拟实际工作中的干扰情况。

（四）浪涌（Surge）

浪涌测试主要模拟雷电冲击或电力系统中的大电流切换操作对设备造成的影响，测试时通常会向设备施加 ±4kV 的线 – 地浪涌，评估设备在强浪涌冲击下的性能。除 ±4kV 的线 – 地浪涌外，还需考虑线 – 线之间的浪涌测试，一般线 – 线浪涌电压为 ±2kV。同时，要模拟不同的浪涌波形，如 1.2/50μs 的开路电压波形和 8/20μs 的短路电流波形，因为不同的浪涌源产生的波形不同，对设备的影响也各异。另外，测试时应考虑设备的不同工作状态，如开机、关机、待机等，以全面评估设备在各种情况下对浪涌干扰的耐受能力。

（五）传导抗扰度（CS）

通过电流钳或耦合网络，将 150kHz – 80MHz 的干扰信号注入设备的电源线或信号线上，模拟设备在实际运行中通过线缆传导进入设备的电磁干扰，考察设备对传导干扰的抑制能力。在 150kHz – 80MHz 的频率范围内，可进一步细分频段进行测试，以更精确地确定设备对不同频率传导干扰的敏感程度。此外，还应考虑不同的耦合方式，除了电流钳和耦合网络外，还可模拟实际中可能出现的容性耦合和感性耦合情况。同时，测试时要对设备的所有输入输出端口进行测试，包括电源端口、信号端口、通信端口等，确保设备在各种线缆连接情况下都能有效抵御传导干扰。

（六）电压暂降与中断

模拟电网电压的波动，包括电压暂降和短时断电等情况，检测设备在电压异常时能否维持正常运行，确保设备在电网不稳定的情况下具备足够的稳定性。除模拟常见的电压跌落和短时断电情况外，还应考虑不同的电压暂降持续时间和恢复时间，例如从几毫秒到几秒不等的暂降时间，以及不同的电压恢复速率。同时，要测试设备在多次电压暂降和中断情况下的性能，评估设备是否会出现累积性的故障或性能下降。另外，还需考虑不同的电压暂降深度与设备负载之间的关系，因为设备在不同负载下对电压暂降的敏感度可能不同。

（七）工频磁场抗扰度

该测试模拟电力系统及其他电气设备产生的工频磁场对设备的影响。通常在设备周围施加频率为 50Hz 或 60Hz 的磁场，磁场强度根据设备的使用环境和标准要求而定，一般从几安每米到几百安每米不等。测试时，需改变磁场的方向，以考察设备在不同方向磁场作用下的抗扰性能。

（八）脉冲磁场抗扰度

主要模拟雷击、开关操作等产生的脉冲磁场对设备的干扰。采用特定的脉冲磁场发生器产生具有一定波形和幅值的脉冲磁场，如常见的 6.4/16μs 波形。测试时，将设备置于脉冲磁场环境中，通过改变磁场强度和作用次数，评估设备对脉冲磁场的耐受能力。

（九）阻尼振荡磁场抗扰度

用于模拟电力系统中开关操作在接地回路中产生的阻尼振荡磁场对设备的影响。测试设备产生频率范围通常为 100kHz – 100MHz 的阻尼振荡磁场，以不同的磁场强度和频率对设备进行测试，观察设备的工作状态，判断其抗扰性能。

（十）射频场感应的传导骚扰抗扰度

此测试是在传导抗扰度测试基础上，进一步考虑射频场感应到设备线缆上的传导骚扰情况。测试时，在设备周围施加射频电磁场，同时通过耦合装置将射频场感应出的传导骚扰信号注入设备的电源线、信号线等线缆中，考察设备在这种复合干扰情况下的抗扰能力，频率范围一般为 9kHz – 80MHz 甚至更高。

四、测试等级

（一）严酷度分级

EMS 测试通常将严酷度分为 1 – 4 级（或 Class A – D），等级越高，意味着设备需要承受的干扰强度越大，对设备的抗干扰能力要求也就越严格。

（二）等级依据

测试等级的确定主要依据设备的应用环境，例如家用设备使用环境相对较为温和，一般适用 Class 1/2 等级；而工业设备、医疗设备等由于工作环境复杂，面临的电磁干扰更为强烈，往往需要达到 Class 3/4 等级，以确保设备在恶劣环境下的可靠性。

五、测试设备与流程

（一）关键设备

• 信号发生器 & 功率放大器：负责生成各种类型的干扰信号，并将信号放大到测试所需的强度。
• 耦合装置：如 CDN（耦合去耦网络）、电流钳、静电枪等，用于将干扰信号耦合到被测设备上，模拟实际的干扰传输路径。
• 测试天线 & 电波暗室：在辐射抗扰度测试中，测试天线用于向设备辐射干扰信号，电波暗室则通过吸收和屏蔽外界的电磁干扰，为测试提供一个纯净的电磁环境。

（二）测试流程

• 准备阶段：明确测试所依据的标准，合理配置测试设备，对测试环境的温湿度、背景噪声等参数进行严格设置，确保测试环境符合标准要求。
• 执行测试：按照既定标准，向被测设备施加相应的干扰信号，如控制 ESD 放电次数、调整场强值等。
• 监控与记录：在测试过程中，实时观察设备的运行状态，监控设备是否出现功能异常，如重启、数据错误、显示异常等，并详细记录测试过程中的各项数据和现象。
• 结果判定：依据测试标准，对测试结果进行判定。A 级表示设备在测试过程中无任何异常，顺利通过测试；B/C/D 级则表示设备允许出现短暂异常，但需在干扰消失后能够自动恢复正常工作，否则判定为测试失败。

六、常见问题与整改

（一）典型失效现象

在 EMS 测试中，设备常见的失效现象包括死机、通信中断、显示异常、误动作等，这些问题不仅会影响设备的正常使用，还可能导致严重的安全隐患。

（二）整改措施

• 屏蔽：采用金属外壳、导电涂层、屏蔽电缆等方式，对设备进行屏蔽，阻挡外界电磁干扰进入设备内部，同时减少设备内部电磁信号的泄漏。
• 滤波：在电源和信号线上加装滤波器，有效抑制高频噪声的传输，提高设备的抗干扰能力。
• 接地优化：采用单点接地方式，减少接地环路，增强静电泄放路径，确保设备能够及时、有效地将静电和干扰电流引入大地。
• PCB 设计：在 PCB 设计过程中，将敏感电路远离干扰源，合理增加去耦电容，优化布线布局，降低电路之间的相互干扰。

七、实际应用案例

（一）医疗设备

MRI 设备作为重要的医疗诊断设备，其工作原理依赖于强磁场和射频信号。如果 MRI 设备不能通过高等级的 EMS 测试，外界的电磁干扰可能会导致图像质量下降，甚至出现误诊，严重威胁患者的健康和安全。

（二）汽车电子

车载雷达是自动驾驶系统的关键传感器之一，其抗扰度不足可能导致雷达信号误判，进而使自动驾驶系统做出错误决策，引发交通事故，因此车载雷达必须具备良好的抗干扰性能。

（三）工业控制器

工业控制器通常应用于强电磁环境的工业生产现场，如钢铁厂、变电站等。在这些场所，设备面临着大量的 EFT 和浪涌干扰，如果工业控制器不能耐受这些干扰，可能会导致生产线停机，给企业带来巨大的经济损失。

八、注意事项

（一）测试环境

确保电波暗室的背景噪声低于测试限值 6dB，避免背景噪声对测试结果产生干扰，保证测试数据的准确性。

（二）设备校准

定期对测试仪器进行校准，如场强探头、静电枪等，确保仪器的测量精度和性能符合要求，为测试结果的可靠性提供保障。

（三）功能监控

在测试过程中，对设备的所有功能进行全实时监测，不放过任何瞬态异常现象，以便及时发现设备存在的问题。

（四）标准更新

密切关注 IEC 等国际标准组织的标准版本变化，如 IEC 61000 – 4 – 3:2020 新增了 5G 频段的测试要求，及时更新测试方法和标准，确保测试结果的有效性和时效性。

九、测试与开发周期

（一）设计阶段

利用仿真软件，如 CST、HFSS 等，对设备的 EMS 性能进行预测和分析，在设计阶段就发现潜在的问题，并进行优化设计，降低后期整改的成本和难度。

（二）原型阶段

对设备原型进行预测试，通过实际测试识别设备在 EMS 性能方面的薄弱环节，为后续的改进提供依据。

（三）认证阶段

由第三方实验室对设备进行全面的 EMS 测试，并出具合规报告，如 CE 认证报告，证明设备符合相关标准要求，获得进入市场的通行证。

十、扩展知识

（一）与 EMI 的区别

EMS 和 EMI 虽然都属于电磁兼容性的范畴，但关注的重点截然不同。EMI 关注的是设备自身向外界发射的电磁干扰，包括辐射发射和传导发射，旨在控制设备对周围环境的干扰；而 EMS 关注的是外部电磁干扰对设备的影响，确保设备在复杂电磁环境下的正常运行。

EMS 测试作为确保设备在复杂电磁环境中可靠运行的关键环节，贯穿于设备研发、生产和认证的全过程。相关人员需深入理解测试标准，进行精准测试，并结合系统级设计优化，才能实现产品的电磁兼容性目标，推动电子设备行业的健康发展。