淺談電磁兼容控製、設計及其測試
發布時間:2008-09-28
中心論題:
- 電磁兼容性的控製方法和設計方法
- 元器件的選擇和電路的分析是EMC 設計基礎
- 電源係統的EMC 設計
- 接地係統的抗幹擾設計
- 印製電路板的EMC 設計
- 電磁兼容性的測試方法
解決方案:
- EMC 控製策略與控製技術方案:.傳輸通道抑製、空間分離、時間分隔、.頻率管理、.電氣隔離
- EMC 設計首先提出要求和相應指標,然後將其分解成元器件級、電路級、模塊級和產品級的指標要求,逐級分層次的進行設計。
- EMC 測試必須依據EMC 標準和規範給出的測試方法進行,並以標準規定的極限值作為判據。
摘要: 本文提出了對電磁兼容性的控製方法,以及針對不同的設備或係統不同的設計方案,並介紹了電磁兼容性的測試。
關鍵詞: 電磁兼容性;控製;設計;測試
自從電子係統降噪技術在70 年代中期出現以來,美國聯邦通訊委員會在1990 年和歐盟在1992年(nian)提(ti)出(chu)了(le)對(dui)商(shang)業(ye)數(shu)碼(ma)產(chan)品(pin)的(de)有(you)關(guan)規(gui)章(zhang),這(zhe)些(xie)規(gui)章(zhang)要(yao)求(qiu)各(ge)個(ge)公(gong)司(si)確(que)保(bao)它(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin)符(fu)合(he)嚴(yan)格(ge)的(de)磁(ci)化(hua)係(xi)數(shu)和(he)發(fa)射(she)準(zhun)則(ze)。符(fu)合(he)這(zhe)些(xie)規(gui)章(zhang)的(de)產(chan)品(pin)稱(cheng)為(wei)具(ju)有(you)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)EMC(Electromagnetic Compatibility)。所謂的電磁兼容性是設備或係統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。
國際標準化組織已經和正在製定EMC 的(de)有(you)關(guan)標(biao)準(zhun)和(he)規(gui)範(fan)。我(wo)國(guo)在(zai)這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)起(qi)步(bu)雖(sui)然(ran)較(jiao)晚(wan),但(dan)發(fa)展(zhan)很(hen)快(kuai)。隨(sui)著(zhe)市(shi)場(chang)經(jing)濟(ji)的(de)發(fa)展(zhan),我(wo)國(guo)要(yao)參(can)與(yu)世(shi)界(jie)技(ji)術(shu)市(shi)場(chang)的(de)競(jing)爭(zheng),進(jin)出(chu)口(kou)的(de)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)都(dou)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)EMC檢驗。我國98 年已立法強製對六類進口電子產品(計算機、顯示器、打印機、開關電源、電視機和音響)及通信終端產品施行EMC 檢測。同時,國內也正在審定和驗收正式的EMC 認證機構和實驗室。產品的EMC 檢測是實現電磁兼容不可缺少的技術手段,強製貫徹電磁兼容標準,則是保證產品質量和提高市場競爭力的先決條件。
電磁兼容性的控製方法
EMC xuekeshizaizaoqidanchundekangganraofangfajichushangfazhanxingchengde,liangzhedemubiaodoushiweileshishebeihexitongdadaozaigongcundehuanjingzhonghubufashengganshe,zuidaxiandudifahuiqigongzuoxiaolv。danshi,zaoqidekangganraofangfahexiandaideEMC 技術在控製電磁幹擾策略思想上有著本質的差別。
danchundekangganraofangfazaiyizhiganraodesixiangfangfashangbijiaojiandan,huozherenshibijiaofuqian,zhuyaodesilujizhongzaizenyangshefayizhiganraodechuanboshang,yincigongchengjishurenyuanchuyujiweibeidongdediwei,naliyouganraojiuzainalijiushilunshidegeiyujiejue,dangranjingyanfengfudegongchengshiyehuicaiquyufangcuoshi,danzhejinjinshigenjujingyanjubudeyingyong,jiejuewentidefangfayeshidanchundeduikangshidecuoshi。
EMC 技術在控製幹擾的策略上采取了主動預防、整體規劃和“對抗”與“疏導”相結合的方針。人類在征服大自然各種災難性危害中,總結出的預防和救治、對抗和疏導等一係列策略,在控製電磁危害中同樣是極其有效的思維方法。
首先EMC 控製是一項係統工程,應該在設備和係統設計、研製、生產、使用與維護的各階段都充分的予以考慮和實施才可能有效。科學而先進的EMC 工程管理是有效控製技術的重要組成部分。在控製方法,除了采用眾所周知的抑製幹擾傳播的技術,如屏蔽、接地、答接、合理布線等方法
以外,還可以采取回避和疏導的技術處理,如空間方位分離、頻率劃分與回避、濾波、吸收和旁路等等,有時這些回避和疏導技術簡單而巧妙,可以代替成本費用昂貴而質量體積較大的硬件措施,收到事半功倍的效果。
在zai解jie決jue電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti的de時shi機ji上shang,應ying該gai由you設she備bei研yan製zhi後hou期qi暴bao露lu出chu不bu兼jian容rong問wen題ti而er采cai取qu挽wan救jiu修xiu補bu措cuo施shi的de被bei動dong控kong製zhi方fang法fa,轉zhuan變bian成cheng在zai設she備bei設she計ji初chu始shi階jie段duan就jiu開kai展zhan預yu測ce分fen析xi和he設she計ji,預yu先xian檢jian驗yan計ji算suan,並bing全quan麵mian規gui劃hua實shi施shi細xi則ze和he步bu驟zhou,做zuo到dao防fang患huan於yu未wei然ran。把baEMC 設計和可靠性設計,維護性、維修性設計與產品的基本功能結構設計同時進行,並行開展。EMC 控製技術是現代並行工程的組成內容之一。
EMC 控製策略與控製技術方案可分為如下幾類:
a.傳輸通道抑製:具體方法有濾波、屏蔽、搭接、接地、布線。
b.空間分離:地點位置控製、自然地形隔離、方位角控製、電場矢量方向控製。
c.時間分隔:時間共用準則、雷達脈衝同步、主動時間分隔、被動時間分隔。
d.頻率管理:頻率管製、濾波、頻率調製、數字傳輸、光電轉換。
e.電氣隔離:變壓器隔離、光電隔離、繼電器隔離、DC/DC變換。
電磁兼容性的設計方法
EMC 設計的基本原則和方法,首先是根據產品設計對EMC 提出的要求和相應指標,然後,依據EMC 的有關標準和規範,將設計產品的EMC 指標要求分解成元器件級、電路級、模塊級和產品級的指標要求,再按照各級要實現的功能要求,逐級分層次的進行設計。
EMC shejiyingkaolvdewentihenduo,danconggenbenshangjiang,jiushiruhetigaoshebeidekangraoduhefangzhidiancixielou。tongchangcaiqudecuoshi,yifangmianshebeihuoxitongbenshenyingxuanyonghuxiangganraozuixiaodeshebei、電路和部件,並進行合理的布局。再就是通過接地、屏蔽及濾波技術,抑製與隔離電磁騷擾。對不同的設備或係統有不同的設計方法和措施。
下麵具體談點粗淺認識。
元器件的選擇和電路的分析是EMC 設計基礎
以計算機為例.它是以數字電路為主,以低電平傳輸信號的設備。所用的數字集成電路既是幹擾源,又是幹擾的敏感器件,以存儲器為代表的MOSqijianjiushiyigedianxinglizi。cunchuqishunjiangongzuoshinengchanshenghendadianliu,jiazhigongzuopinlvkedabaizhaoyishang,yineryichanshengcuanrao,zaochengwudongzuohuotongguogonggongzukangganraoqitadianlu。danlingyifangmian,MOS 器件本身的抗擾性又很差。數字電路傳送脈衝信號,產生的輻射頻率範圍很寬,如時鍾產生器、高速邏輯電路等都會產生高頻幹擾和電磁泄漏,同時也會受通信、電視等頻段的電磁騷擾。因此,在設計時要考慮選用抗幹擾器件,合理確定指標和運用接地、屏蔽等技術。
電源係統的EMC 設計
無論是信息技術設備還是無線電電子、電(dian)氣(qi)產(chan)品(pin)都(dou)要(yao)有(you)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)。電(dian)源(yuan)有(you)外(wai)電(dian)源(yuan)和(he)內(nei)電(dian)源(yuan),電(dian)源(yuan)是(shi)典(dian)型(xing)的(de)也(ye)是(shi)危(wei)害(hai)嚴(yan)重(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。如(ru)電(dian)網(wang)的(de)衝(chong)擊(ji),尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)可(ke)高(gao)達(da)千(qian)伏(fu)以(yi)上(shang),會(hui)給(gei)設(she)備(bei)或(huo)係(xi)統(tong)帶(dai)來(lai)毀(hui)滅(mie)性(xing)的(de)破(po)壞(huai)。另(ling)外(wai),電(dian)源(yuan)幹(gan)線(xian)是(shi)多(duo)種(zhong)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)侵(qin)人(ren)設(she)備(bei)的(de)途(tu)徑(jing)。因(yin)此(ci),電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong),特(te)別(bie)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)EMC 設計是部件級設計的重要環節。其措施多種多樣,諸如供電電纜直接從電網總閘引出,電網引出的交流經穩壓、低通濾波、電源變壓器繞組間的隔離、屏蔽以及浪湧抑製和過壓過流保護等。
接地係統的抗幹擾設計
良liang好hao的de接jie地di可ke以yi保bao護hu設she備bei或huo係xi統tong的de正zheng常chang操cao作zuo以yi及ji人ren身shen安an全quan。可ke以yi消xiao除chu各ge種zhong電dian磁ci幹gan擾rao和he雷lei擊ji等deng。所suo以yi接jie地di設she計ji是shi非fei常chang重zhong要yao的de,但dan也ye是shi難nan度du較jiao大da的de課ke題ti。地di線xian的de種zhong類lei很hen多duo,有you邏luo輯ji地di、信號地、屏蔽地、保護地等。接地的方式也可分單點接地、多點接地、混合接地和懸浮地等。理想的接地麵應為零電位,各接地點之間無電位差。但實際上,任何“地”或(huo)接(jie)地(di)線(xian)都(dou)有(you)電(dian)阻(zu)。當(dang)有(you)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)時(shi),就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)壓(ya)降(jiang),使(shi)地(di)線(xian)上(shang)的(de)電(dian)位(wei)不(bu)為(wei)零(ling),兩(liang)個(ge)接(jie)地(di)點(dian)之(zhi)間(jian)就(jiu)會(hui)存(cun)在(zai)地(di)電(dian)壓(ya)。當(dang)電(dian)路(lu)多(duo)點(dian)接(jie)地(di),井(jing)有(you)信(xin)號(hao)聯(lian)係(xi)時(shi),就(jiu)將(jiang)構(gou)成(cheng)地(di)環(huan)路(lu)幹(gan)擾(rao)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci),接(jie)地(di)技(ji)術(shu)十(shi)分(fen)講(jiang)究(jiu),如(ru)信(xin)號(hao)接(jie)地(di)與(yu)電(dian)源(yuan)接(jie)地(di)要(yao)分(fen)開(kai),複(fu)雜(za)電(dian)路(lu)采(cai)用(yong)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)和(he)公(gong)共(gong)地(di)等(deng)。
印製電路板的EMC 設計
元器件、電路和地線引起的騷擾都會在印製電路板上反映出來。因此,印製電路板的EMC 工程設計非常關鍵。印製電路板的布線要合理,如采用多層板,電源線與地線靠近,時鍾線、信xin號hao線xian與yu地di線xian的de距ju離li要yao近jin等deng,以yi減jian少shao電dian路lu工gong作zuo時shi引yin起qi內nei部bu噪zao聲sheng。嚴yan格ge執zhi行xing印yin製zhi電dian路lu板ban的de工gong藝yi標biao準zhun和he規gui範fan,模mo擬ni和he數shu字zi電dian路lu分fen層ceng布bu局ju,以yi達da到dao板ban上shang各ge電dian路lu之zhi間jian的de相xiang互hu兼jian容rong。
另外,值得注意的是在進行EMC 設計時,一定不能忽略對靜電放電(ESD)的防護。ESD 防護的關鍵,一是防止靜電核的產生和積累,再就是阻隔ESD 效應的發生。阻止靜電的方法和措施很多,這裏不做贅述。
電磁兼容性的測試方法
EMC 設計與EMC 測試是相輔相成的。EMC設計的好壞是要通過EMC 測試來衡量的。隻有在產品的EMC 設計和研製的全過程中,進行EMC 的相容性預測和評估,才能及早發現可能存在的電磁幹擾,並采取必要的抑製和防護措施,從而確保係統的EMC。否則,當產品定型或係統建成後再發現不兼容的題,則需在人力、物力上花很大的代價去修改設計或采用補救的措施。然而,往往難以徹底的解決問題,而給係統的使用帶來許多麻煩。
EMC 測試包括測試方法、測量儀器和試驗場所,測試方法以各類標準為依據,測量儀器以頻域為基礎,試驗場地是進行EMC 測試的先決條件,也是衡量EMC 工作水平的重要因素。EMC 檢測受場地的影響很大,尤其以電磁輻射發射、輻射接收與輻射敏感度的測試對場地的要求最為嚴格。目前,國內外常用的試驗場地有:開闊場、半電波暗室、屏蔽室和橫電磁波小室等。
作為EMC 測試的實驗室大體有兩種類型:一種是經過EMC 權威機構審定和質量體係認證,而且具有法定測試資格的綜合性設計與測試實驗室。或稱檢測中心。它包括進行傳導幹擾、傳(chuan)導(dao)敏(min)感(gan)度(du)及(ji)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)敏(min)感(gan)度(du)測(ce)試(shi)的(de)屏(ping)蔽(bi)室(shi),進(jin)行(xing)輻(fu)射(she)敏(min)感(gan)度(du)測(ce)試(shi)的(de)消(xiao)聲(sheng)屏(ping)蔽(bi)室(shi),用(yong)來(lai)進(jin)行(xing)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)測(ce)試(shi)的(de)開(kai)闊(kuo)場(chang)地(di)和(he)配(pei)備(bei)齊(qi)全(quan)的(de)測(ce)試(shi)與(yu)控(kong)製(zhi)儀(yi)器(qi)設(she)備(bei)。要(yao)建(jian)立(li)這(zhe)樣(yang)一(yi)套(tao)完(wan)善(shan)的(de)實(shi)驗(yan)室(shi)需(xu)投(tou)入(ru)幾(ji)百(bai)萬(wan)甚(shen)至(zhi)數(shu)千(qian)萬(wan)元(yuan)人(ren)民(min)幣(bi)。目(mu)前(qian),國(guo)內(nei)已(yi)有(you)數(shu)家(jia)已(yi)建(jian)成(cheng)或(huo)正(zheng)在(zai)投(tou)資(zi)興(xing)建(jian)。
另一種類型就是根據本單位的實際需要和經費情況而建立的具有一定測試功能的EMC實驗室。比起大型的綜合實驗室,這類測試實驗室規模小,造價低。主要適用於預相容測試和EMC 評估。也就是為了使產品在最後進行EMC 認(ren)證(zheng)之(zhi)前(qian),具(ju)有(you)自(zi)測(ce)試(shi)和(he)評(ping)估(gu)的(de)手(shou)段(duan)。如(ru)有(you)不(bu)足(zu),還(hai)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)社(she)會(hui)成(cheng)果(guo),內(nei)外(wai)合(he)作(zuo),進(jin)行(xing)相(xiang)互(hu)比(bi)對(dui)和(he)交(jiao)流(liu),以(yi)達(da)節(jie)約(yue)開(kai)支(zhi),改(gai)進(jin)設(she)計(ji),不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)的(de)EMC 之目的。
在測試儀器方麵,以頻譜分析儀為核心的自動檢測係統,可以快捷、準確地提供EMC 有關參數。新型的EMC 掃描儀與頻譜儀相結合,實現了電磁輻射的可視化。可對係統的單個元器件,PCB 板、整機與電纜等進行全方位的三維測試,顯示真實的電磁輻射狀況。
EMC 測試必須依據EMC biaozhunheguifangeichudeceshifangfajinxing,bingyibiaozhunguidingdejixianzhizuoweipanju。duiyuyuxiangrongceshi,jinguanbukenengbaozhengchanpintongguosuoyouxiangmudebiaozhunceshi,danzhishaokeyixiaochujuedabufendedianciganrao,congertigaochanpindekexindu。erqienenggouzhichuniruhegaijinsheji、抑製EMI 發射。
結束語
本文僅概略的介紹了一些產生電磁幹擾的來源及其產品設計抑製方法。EMC 作為一門多學科的高新技術,以其在質量保證體係中的重要作用而逐漸被人們所認識。堅持EMC 性設計,提高貫徹EMC標準的意識性。消除電磁幹擾,實現EMC,從根本上提高產品的質量與可靠性。
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