《電子產(chǎn)品電磁兼容和安規(guī)設計》第章

《電子產(chǎn)品電磁兼容和安規(guī)設計》《電子產(chǎn)品電磁兼容和安規(guī)設計》《電子產(chǎn)品電磁兼容和安規(guī)設計》1.1電磁兼容與電磁干擾電磁兼容源于英文ELECTROMAGNETICCOMPATIBILITY

縮寫為EMC。國際電工委員會對電磁兼容的定義為：“設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力”。

可見電磁兼容的概念包括兩個部分，一是設備能夠抵抗所接受到的干擾而正常工作；另一個是設備所發(fā)射的電磁干擾不能影響其它設備的正常工作。

電磁兼容EMC(electromagneticcompatibility)電磁兼容－指的是一個產(chǎn)品和其它產(chǎn)品共存于特定的電磁環(huán)境中，而不會引起其它產(chǎn)品或者自身性能下降或損壞的能力。電磁干擾EMI(electromagneticinterference)

電磁干擾：電磁騷擾引起的設備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。電磁騷擾：任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或者對有生命或無生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。常見的電磁干擾1、在開著的電腦前撥打手機，會發(fā)現(xiàn)顯示器屏幕出現(xiàn)抖動。2、電視機處于待機狀態(tài)（STANDBY），一陣雷電后電視機自動開機了。3、汽車點火系統(tǒng)的電磁干擾現(xiàn)象。4、在飛機起飛、降落的過程中使用手機、手提電腦等電子設備，會使飛機的導航設備失效。電磁干擾對人類社會的危害

1電磁干擾是無線電的大敵

在50年代，一部50W的短波電臺通信距離可達1000km；到了80年代，一部250W的短波電臺通信距離一般小于500km電磁干擾妨礙民航事件：大功率尋呼發(fā)射機干擾廣州機場與飛行在航線上的飛機間的無線電通信聯(lián)絡指揮調(diào)度，危及飛行安全，不得不關(guān)閉一個繁忙扇面，使90多個航班不能正常運行，大批旅客滯留機場，給繁忙的春運造成損失。以上兩例說明電磁干擾是無線電通信的大敵。電磁干擾對人類社會的危害

2電磁干擾刺激功率競賽，加劇電磁污染

無線電通信需要一定的信號噪聲比，電磁干擾大，信噪比就會下降，使無線電通信距離變短。為保證一定的通信距離，只好增大發(fā)射機功率，以保證接收機所需要的信噪比。問題：人類會不會陷入“發(fā)射機功率增大和數(shù)量增多→電磁干擾場強增大→信噪比下降→再次增大和增多發(fā)射機功率和數(shù)目”的惡性循環(huán)?

這確實是一個值得注意的。電磁干擾危害的加劇，可能會刺激發(fā)射機功率和數(shù)目競賽，復又導致更嚴重的電磁污染。

電磁干擾對人類社會的危害

3電磁干擾日益社會化

飛機起降時地處飛機下面的武昌城區(qū)電視圖像抖動，幾萬戶居民長期遭受電磁干擾之苦；新建居民小區(qū)或花園樓房安裝了電子防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾使附近休閑在家的人無法收聽收音機。使用大功率無繩電話、手機、家用游戲機等能發(fā)射電磁波的電子裝置時，電視屏幕上會出現(xiàn)討厭的明暗條紋、雪花、閃爍和抖動；病房內(nèi)使用手機很容易引起電子心臟起搏器停搏、輸液泵電子開關(guān)誤動作，中斷病人輸液等，直接危及病人的安全；冬天使用電熱毯的孕婦因受到電熱毯的電磁輻射容易造成流產(chǎn)。電磁干擾日趨社會化，給人們的和平生活帶來不安和危險。電磁干擾對人類社會的危害

4電磁干擾對人的制約與限制

電磁干擾對人的制約與限制是在人類重大活動中顯露出來的。例如，我國某海濱療養(yǎng)地新建了一個電視轉(zhuǎn)播臺，由于該臺對附近飛機場有嚴重干擾，尚未正式啟用，就被責令拆毀；沿海某地新建海岸電臺因?qū)H安全遇險系統(tǒng)有嚴重電磁干擾，不得不重新改建他處。又如瑞典、美國曾出現(xiàn)過電磁干擾導致誤關(guān)閉核電站事故。瑞典奧斯卡斯哈門的一座核電站，1998年曾因移動電話電磁輻射引起監(jiān)視儀表混亂，誤認為放射物質(zhì)增多而自行停止運行。電磁干擾對軍事行動的制約與限制早在60年代就已十分突出了。例如越戰(zhàn)期間，美艦艇導彈處于戰(zhàn)備狀態(tài)或艦載飛機起飛著艦時，必須關(guān)閉某些搜索雷達和通信發(fā)射機，以避免電磁干擾危害導彈和飛機的安全。衛(wèi)星通信安裝到艦船上使用時往往必須關(guān)閉某些雷達，以避免雷達干擾衛(wèi)星通信。

1.1.3電磁兼容技術(shù)的發(fā)展及電磁兼容認證1.電磁兼容技術(shù)的發(fā)展電磁干擾是人們早就發(fā)現(xiàn)的電磁現(xiàn)象，它幾乎跟電磁效應的現(xiàn)象同時被發(fā)現(xiàn)。1888年德國物理學家赫茲首創(chuàng)了天線，第一次把電磁波輻射到自由空間，同時又成功地接收到電磁波，用實驗證實了電磁波的存在，從此開始了對電磁干擾問題的實驗研究。1889年年英國國郵電電部門門研究究了通通信中中的干干擾問問題，，使干干擾問問題的的研究究開始始走向向工程程化和和產(chǎn)業(yè)業(yè)化。。20世世紀以以來，，由于于電氣氣電子子技術(shù)術(shù)的發(fā)發(fā)展和和應用用，隨隨著通通信、、廣播播等無無線電電事業(yè)業(yè)的發(fā)發(fā)展，，人們們逐漸漸認識識到需需要對對各種種電磁磁干擾擾進行行控制制，特特別是是工業(yè)業(yè)發(fā)達達國家家格外外重視視控制制干擾擾，他他們成成立了了國家家級以以及國國際間間的組組織，，并發(fā)發(fā)布了了一些些標準準和規(guī)規(guī)范性性文件件。20世世紀40年年代為為了解解決飛飛機通通信系系統(tǒng)受受到電電磁干干擾造造成飛飛行事事故的的問題題，開開始較較為系系統(tǒng)地地進行行電磁磁兼容容(ElectromagneticCompatibility，EMC)技技術(shù)的的研究究。60年年代以以來，，現(xiàn)代代電子子技術(shù)術(shù)向高高頻、、高速速、高高靈敏敏度、、高安安裝密密度、、高集集成度度和高高可靠靠性方方向發(fā)發(fā)展，，其應應用范范圍越越來越越廣，，滲透透到了了整個個社會會的每每一個個角落落。70年年代，，電磁磁兼容容技術(shù)術(shù)逐漸漸成為為非常?；钴S躍的學學科領(lǐng)領(lǐng)域之之一。。較大大規(guī)模模的國國際性性電磁磁兼容容學術(shù)術(shù)會議議，每每年召召開一一次。。美國國最有有影響響的電電子電電氣工工程師師協(xié)會會IEEE的權(quán)權(quán)威雜雜志，，專門門設有有EMC分分冊。。80年代，美美國、德國、、日本、前蘇蘇聯(lián)和法國等等經(jīng)濟發(fā)達國國家在電磁兼兼容研究和應應用方面達到到了很高的水水平。主要研研究和應用的的內(nèi)容包括電電磁兼容標準準和規(guī)范、分分析設計和預預測、試驗測測量、開發(fā)屏屏蔽導電材料料、培訓教育育和管理等。。20世紀80年代以來，，國內(nèi)電磁兼兼容學術(shù)組織織紛紛成立，，學術(shù)活動頻頻繁開展，1987年召召開了第一屆屆全國性電磁磁兼容性學術(shù)術(shù)會議，1990年在北北京成功地舉舉辦了第一次次國際電磁兼兼容性學術(shù)會會議，標志著著我國電磁兼兼容學科的迅迅速發(fā)展并開開始參與世界界交流。20世紀90年代以來，，隨著我國國國民經(jīng)濟和高高科技產(chǎn)業(yè)的的迅速發(fā)展，，在航空、航航天、通信和和電子等部門門，電磁兼容容技術(shù)受到格格外重視，并并投入了較大大的財力和人人力建立了一一批電磁兼容容性試驗測試試中心，引進進了許多先進進的電磁干擾擾及敏感度自自動測試系統(tǒng)統(tǒng)和試驗設備備。我們探討信息息電子設備的的電磁泄漏及及防護問題時時，面臨以下下一些新的課課題需要研究究解決。(1) 由于于集成電路集集成度的不斷斷增加(如今今已進入亞微微米量級)，，芯片上的線線條更窄，線線條更多，層層數(shù)增加且間間距更小，因因而相互串擾擾也增加。新新材料的應用用也給研究工工作增加了難難度。(2) 納米米技術(shù)將成為為新世紀的電電子熱點，從從材料到元器器件甚至到一一個組件的運運行機理、檢檢測方法都會會有根本性的的變化，對這這類元器件的的EMC設計計需要重新認認識，要尋求求新的測試手手段。(3) 防電電磁泄漏和抗抗干擾的新材材料研制一直直是人們關(guān)注注的熱點之一一。(4) 現(xiàn)有有的測量標準準及規(guī)范都局局限于電磁特特性的幅度信信息，不涉及及相位、極化化及其他信息息成分，在一一定程度上限限制了信息電電子系統(tǒng)的EMC/EMI的分析和和檢測。(5) EMC/EMI的測試使用用天線或探頭頭，在近區(qū)弱弱場測量中，，國內(nèi)已有的的場強儀都存存在探頭擾動動待測場的問問題，很難定定量消除引入入的測量誤差差，需要開發(fā)發(fā)新的光電探探頭。探頭的的小型化和微微型化及智能能化也需進一一步開發(fā)。關(guān)于制訂電磁磁兼容標準的的組織和標準準的介紹IEC（國際際電工委員會會）：有兩個平行的的組織制訂EMC標準，，CISPR和TC77。CISPR（（國際無線電電干擾特別委委員會）：1934年成成立。目前有有七個分會：：A分會（無無線電干擾測測量方法與統(tǒng)統(tǒng)計方法）、、B分會（工工、科、醫(yī)射射頻設備的無無線電干擾））、C分會（（電力線、高高壓設備和電電牽引系統(tǒng)的的無線電干擾擾）、D分會會（機動車和和內(nèi)燃機的無無線電干擾））、E分會（（無線接收設設備干擾特性性）、F分會會（家電、電電動工具、照照明設備及類類似電器的無無線電干擾））、G分會（（信息設備的的無線電干擾擾）。ITU-T（（國際電信聯(lián)聯(lián)盟電信標準準委員會）CCIR（國國際無線電咨咨詢委員會））URSI（國國際無線電科科學聯(lián)盟）IEEEEMC-S（跨國電氣氣電子工程學學會電磁兼容容專業(yè)學會））IWCS（國國際電線電纜纜學術(shù)討論會會）2.電磁兼兼容技術(shù)的認認證開展電磁兼容容認證的重要要性1969年聯(lián)聯(lián)合國人類發(fā)發(fā)展大會上就就將電磁波列列為環(huán)境污染染源之一，隨隨著社會的發(fā)發(fā)展，電磁污污染必將越來來越嚴重，從從保護環(huán)境出出發(fā)必須加以以防治。實施施電磁兼容認認證可有效地地抑制用電設設備的電磁干干擾，保護和和凈化電磁環(huán)環(huán)境。產(chǎn)品的電磁兼兼容性能直接接影響到產(chǎn)品品性能指標的的實現(xiàn)和提高高。實施電磁磁兼容認證可可提高產(chǎn)品的的技術(shù)水平和和競爭力，促促進企業(yè)的技技術(shù)進步。我國實施電磁磁兼容認證可可適應國際發(fā)發(fā)展趨勢，有有效保護國內(nèi)內(nèi)市場。電磁兼容認證證的技術(shù)要求求電磁兼容認證證執(zhí)行標準，，涵蓋了電磁磁干擾和抗擾擾度兩個方面面的內(nèi)容，產(chǎn)產(chǎn)品根據(jù)認證證執(zhí)行標準，，滿足相應的的限值要求。。增強電磁兼容容認證意識，，提高產(chǎn)品競競爭力企業(yè)應增強電電磁兼容認證證意識，適應應政府當前目目標實現(xiàn)的需需要，通過認認證提高產(chǎn)品品的質(zhì)量和競競爭力，促進進企業(yè)的技術(shù)術(shù)進步，在新新的競爭中處處于有利的地地位。認證&標準常見的認證強制性產(chǎn)品認認證：中國：CCC美國：FCC歐盟：CE自愿性產(chǎn)品認認證：自愿性UL或ETLCCCCCC中國強強制認證2003-08-01實施施，取代CCEE、CCIB家電產(chǎn)品認證證標準GB4343-1995（測測量方法和允允許值）家電產(chǎn)品認證證標準GB4343.2-1999（抗擾度））CE&FCC歐盟CE規(guī)定定的標準測試試要求最為嚴嚴格，測試項項目最多，包包括電磁干擾擾、電磁抗擾擾度兩部分，，一般而言，，能通過CE認證基本上上能通過CCC認證。美國FCC認認證采用的標標準與中國3C、歐盟CE不同，而而且產(chǎn)品工作作電壓不同，，通過FCC認證的產(chǎn)品品，并不一定定滿足3C認認證和CE認認證中的電磁磁兼容要求。。認證標識識電磁兼容和認認證的關(guān)系電磁兼容是其其中之一產(chǎn)品試驗產(chǎn)品跟蹤試驗驗工廠初次檢查查工廠跟蹤檢查查(每年一次次）特殊檢查EMC相關(guān)的的測量標準歐盟（EU））早在80年年代就已作出出決定，凡是是投放到歐洲洲經(jīng)濟區(qū)（EEA—EuropeanEconomicArea）的產(chǎn)品必必須要有CE標志。標準基本上可可以分為兩類類：產(chǎn)品電磁磁騷擾特性測測量標準和產(chǎn)產(chǎn)品抗擾性試試驗標準。1.2電磁兼兼容的基本概概念電磁環(huán)境electromagneticenvironment：存在于給給定場所的所所有電磁現(xiàn)象象的總合。電磁噪聲electromagneticnoise：：一種明顯不不傳送信息的的時變電磁現(xiàn)現(xiàn)象，它可能能對有用信號號疊加或組合合。干擾信號interferingsignal：損害害有用信號接接收的信號。。電磁騷擾electromagneticdisturbance：任何可可能引起裝置置、設備或系系統(tǒng)性能降低低或者對有生生命或無生命命物質(zhì)產(chǎn)生損損害作用的電電磁現(xiàn)象。電磁干擾electromagneticinterference(EMI)：電電磁騷擾引引起的設備備、傳輸通通道或系統(tǒng)統(tǒng)性能的下下降。電磁發(fā)射electromagneticemission：從源向向外發(fā)出電電磁能的現(xiàn)現(xiàn)象。電磁輻射electromagneticradiation：包括括a)能量量以電磁波波形式由源源發(fā)射到空空間的現(xiàn)象象。b)能量以電電磁波形式式在空間傳傳播EMC結(jié)構(gòu)圖電磁兼容的的工程方法法1測試修修改法2系統(tǒng)統(tǒng)設計法可采取的措措施電路結(jié)構(gòu)封裝屏蔽濾波軟件成本措施概念設設計產(chǎn)產(chǎn)品品市市場階段1.4電磁磁干擾三要要素干擾源、耦耦合通道及及被干擾對對象必須有干擾擾源、被干干擾對象及及耦合通道道的同時存存在才能構(gòu)構(gòu)成EMC問題。干擾源應該說在條條件合適的的前提下，，任何消耗耗能量的儀儀器、設備備都有可能能成為干擾擾源。1、根據(jù)干干擾的成因因，可以將將干擾源分分為：自然然電磁干擾擾源和人為為電磁干擾擾源。電磁干擾源自然電磁干擾源人為電磁干擾源大氣干擾、雷電干擾、宇宙干擾、熱噪音功能性干擾源非功能性干擾源無線電廣播、電視、無線通信、雷達導航輸電線、電氣化鐵路、車輛點火系統(tǒng)、開關(guān)系統(tǒng)、工業(yè)、科學、醫(yī)療設備、家用電器、辦公設備2、自然電電磁干擾自然電磁干干擾主要指指的是宇宙宙干擾、大大氣干擾、、熱噪聲和和沉積靜電電干擾。宇宙干擾是是來自宇宙宙的背景噪噪聲、太陽陽無線電噪噪聲以及天天體、星座座發(fā)射的無無線電噪聲聲。太陽的的的干擾頻頻率從10MHz到到幾十GHz。宇宙宙干擾最為為明顯的頻頻率范圍為為20MHz～500MHz，主要的的干擾對象象為航天飛飛行器以及及通過衛(wèi)星星傳播的通通信信號和和廣播信號號。除宇宙干擾擾外，大氣氣干擾也是是常見的自自然電磁干干擾。主要要是雷電干干擾，其他他的還有沙沙暴、雨霧霧等。大氣氣干擾的頻頻率范圍主主要在30MHz以以下，對地地球上20MHz以下的無無線電通信信影響很大大。熱噪聲指的的是處于一一定熱力學學狀態(tài)下的的導體中所所出現(xiàn)的無無規(guī)則電起起伏，是由由導體中自自由電子的的無規(guī)則運運動引起的的。如電阻阻熱噪聲、、氣體放電電噪聲等。。3、人為電電磁干擾1）電氣設設備干擾（1）電暈暈放電高壓輸電線線因絕緣失失效時會產(chǎn)產(chǎn)生間歇脈脈沖電流，，形成電暈暈放電。電暈放電干干擾對低頻頻感測系統(tǒng)統(tǒng)的影響較較為嚴重，，對高頻感感測系統(tǒng)影影響不大。。（2）輝光光放電及氣體放電電。如熒光光燈、霓虹虹燈、等。。常溫空氣氣中，當接接點距離為為0.0076mm，電壓加加到320V時會發(fā)發(fā)生輝光放放電。熒光燈的干干擾電平一一般為幾十十微伏到幾幾千微伏，，高的可達達幾十毫伏伏；頻率為為超高頻。。（3）火花花放電電氣設備觸觸點處的斷斷續(xù)電流將將會引起火火花放電。。對于有金金屬外殼的的電氣設備備，干擾一一般只能從從縫隙處和和引線處泄泄露?；鸹ǚ烹姼筛蓴_頻率很很高。汽車車點火干擾擾的頻率范范圍為20MHz～～1000MHz，，作用距離離可達50～100m。（4）開關(guān)關(guān)干擾（5）工頻頻干擾被干擾對象象（接收體體）被干擾對象象所囊括的的范圍也很很寬。所有有的電子設設備都有可可能成為被被干擾對象象，甚至人人體。如電電視機，收收音機，模模擬傳感器器，放大器器，計算機機等。3.耦合合通道只有有了耦耦合通道，，干擾信號號才能為被被干擾對象象所接收。。耦合通道道可以分為為三類：輻輻射、傳導導及感應。。如：電源源線，內(nèi)部部連接電纜纜，機箱泄泄漏，天線線到天線，，導線到導導線等。耦合機理(1)傳導導耦合傳導騷擾可可以通過電電源線、信信號線、互互連線、接接地導體等等進行耦合合。傳導耦合包包括通過導體間的電電容及互感感而形成的干干擾耦合。。(2)電場場耦合如果R為低低阻抗時：：如果R為高高阻抗時：：（3）磁場場耦合UN＝jwＢＳCOS?UN＝jwMＩＩ11324寄生電容（4）共阻阻抗耦合（5）電容容性耦合與與電感性耦耦合的綜合合考慮1.6電磁兼容的的單位分貝的定義義在電磁干擾場場強的測試中中，往往會遇遇到量值相差差非常懸殊(甚至達千百百萬倍的信號號)。為了便便于表達、敘敘述和運算(變乘除為加加減)，常采采用對數(shù)單位位——分貝(dB)。。分貝表示兩兩個參量的倍倍率關(guān)系，通通常用來表示示變化范圍很很大的數(shù)值關(guān)關(guān)系。兩個功率電平平比值的分貝貝(dB)為為：其中，為為某一功率率電平；為比較的基準準功率電平。。上式中以P2=1μw作為為參考基準功功率，的的分貝值就用用表表示，稱稱為微瓦貝。。、、、、和W的換算關(guān)關(guān)系表示為還可以nW和和pW作為參參考基準功率