在工业现场，变频器、伺服电机、电焊机、大功率继电器等设备就像“电磁风暴”的策源地，瞬态脉冲、辐射骚扰、地环路电流层出不穷。工业网关若缺少系统的EMC（电磁兼容）设计，轻则通信丢包、重则重启死机，甚至烧毁端口。本文从标准、原理、器件、PCB、结构、系统六个维度，给出一份可落地的防护指南，帮助研发与制造团队在上市前把风险留在实验室，把可靠性交给现场。
一、标准与指标：先定红线再谈设计
- 发射类：CISPR 32/EN 55032 Class A（工业环境），辐射限值30–1000 MHz ≤40 dBµV/m @10 m；传导150 kHz–30 MHz ≤60 dBuV QP。
- 抗扰类：IEC 61000-4-2（ESD）±8 kV接触/±15 kV空气；IEC 61000-4-4（EFT）±2 kV电源端口/±1 kV信号端口；IEC 61000-4-5（Surge）线-地±2 kV、线-线±1 kV；IEC 61000-4-6（CS）10 Vrms@150 kHz–80 MHz。
- 行业特殊：轨道交通EN 50155、电力系统IEC 61850-3、船舶IEC 60945等，需额外满足浪涌4–6 kV、工频磁场100 A/m等加严等级。
二、端口分级防雷：把能量挡在门外
- 电源口：采用“三级递进”——压敏电阻MOV（大通流20 kA）→共模电感→TVS二极管（600 W–1500 W）。MOV与TVS之间预留1–2 Ω绕线电阻或PTC自恢复保险丝，既限流又防起火。
- 以太网口：PHY芯片前加TVS阵列（如SP03xx系列），满足IEC 61000-4-2 Level 4；若走线长度>30 m，再并联GDT（90 V）泄放浪涌。
- 串口/RS-485：使用三端TVS（SM712）+共模扼流圈+ESD电容（100 pF）组合，既抑制共模浪涌又兼顾EMI。
- CAN/IO：采用隔离收发器（ADM3055、ISO1042）+数字隔离器，隔离电压≥2.5 kVrms，跨接Y电容<10 pF防止共模击穿。
三、PCB布局布线：让噪声有“回家”的路
- 地平面完整：数字地、模拟地、功率地分区后单点星型连接，严禁跨分割布线。
- 高速差分：以太网、USB、CAN FD等差分线长误差<5 mil，阻抗100 Ω±10%，下方连续参考地平面，远离DC-DC电感>5 mm。
- 分区与屏蔽：电源、通信、MCU三大功能区用L形铜皮或0 Ω电阻分割；关键IC下方加屏蔽罩，通过多点过孔与地层缝合。
- 20H原则：电源层比地层内缩20H（H为介质厚度），减少边缘辐射。
四、外壳与电缆：最后一道“法拉第笼”
- 壳体：铝合金压铸或镀锌钢板，搭接电阻<2.5 mΩ，缝隙长度<λ/20（150 MHz时<10 cm）。
- 电缆：选用双层屏蔽（编织+铝箔）CAT5e/CAT6A，屏蔽层360°环接金属接头；进出机壳处加EMI电缆夹，压接阻抗<0.1 Ω。
- 接地：机壳单点接大地（PE），并与数字地通过1 nF/2 kV Y电容耦合，既放静电又防工频地环流。
五、软件容错：让硬件偶尔“挨打”也能自愈
- 看门狗：独立硬件WDT+窗口型WDT双保险，超时200 ms复位。
- 通信重传：TCP层启用Keep-alive，串口自定义“心跳+CRC16”，3次重传失败自动重启模块。
- 日志快照：异常前1 kB RAM及寄存器内容存入铁电FRAM，便于现场回溯。
六、测试与迭代：用数据说话
- 预兼容：近场探头+频谱仪扫描，定位30–300 MHz辐射热点；TDR测试差分阻抗，确保±5 Ω。
- 正式认证：依据IEC 61000-4-x逐项注入，记录裕量；对-6 dB临界点做器件降额或布局优化。
- 现场拷机：在变频器满载、电焊机启停、大功率伺服插补场景下72小时不丢包，才算过关。
结语
EMC设计不是“打补丁”，而是一套从需求定义、器件选型、PCB实现到系统集成的完整流程。工业网关作为OT与IT的桥梁，唯有在源头把电磁噪声层层衰减，才能在钢铁与火花交织的现场，为云平台输送真实、可信、连续的数据。
