電磁兼容性

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電磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁騷擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁騷擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性(Electromagnetic Susceptibility，即EMS)。

自從電子系統(tǒng)降噪技術(shù)在70年代中期出現(xiàn)以來(lái)，主要由于美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)在1990年和歐盟在1992提出了對(duì)商業(yè)數(shù)碼產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)章，這些規(guī)章要求各個(gè)公司確保它們的產(chǎn)品符合嚴(yán)格的磁化系數(shù)和發(fā)射準(zhǔn)則。符合這些規(guī)章的產(chǎn)品稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。

中文名電磁兼容性外文名 electromagnetic compatibility干擾傳導(dǎo)干擾和輻射干擾應(yīng) 用電子系統(tǒng)降噪技術(shù)

歷史

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過(guò)去在軍事領(lǐng)域之外，對(duì)于電磁兼容性的研究并不嚴(yán)謹(jǐn)，而且大多數(shù)設(shè)備制造商并不關(guān)心電磁兼容性問(wèn)題。但隨著使用更低信號(hào)電壓的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的時(shí)鐘頻率迅速增高，電磁兼容性問(wèn)題變得越來(lái)越重要。許多國(guó)家意識(shí)到這個(gè)凸現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)相關(guān)設(shè)備制造商頒布了政令，要求只有滿足基本條件的設(shè)備才能夠銷售。

各國(guó)的相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu)開始制定標(biāo)準(zhǔn)并維護(hù)政府指令，其中較為知名的國(guó)家組織有：美國(guó)的FCC、歐洲的CEN、CENELEC和ETSI及英國(guó)的BSI。還有眾多國(guó)際組織致力于“推進(jìn)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題的國(guó)際合作”，當(dāng)然也包含電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

其中最重要國(guó)際組織是國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrotechnical Commission，IEC），它擁有多個(gè)電磁兼容性問(wèn)題的全職分會(huì)。在IEC中協(xié)調(diào)這些分會(huì)的是ACEC，電磁兼容性問(wèn)題的顧問(wèn)委員會(huì)。

干擾的形成

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電磁干擾介紹

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡(jiǎn)稱EMI，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國(guó)政府或一些國(guó)際組織都相繼提出或制定了一些對(duì)電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國(guó)政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。[1]

干擾源與受干擾源

無(wú)論何種情況下電磁相容的問(wèn)題出現(xiàn)總是存在兩個(gè)互補(bǔ)的方面：
一個(gè)是干擾發(fā)射源和一個(gè)為此干擾敏感的受干擾設(shè)備。
如果一個(gè)干擾源與受干擾設(shè)備都處在同一設(shè)備中稱為系統(tǒng)內(nèi)部的EMC 情況。
不同設(shè)備間所產(chǎn)生的干擾狀況稱為系統(tǒng)間的EMC 情況。
大多數(shù)的設(shè)備中都有類似天線的特性的零件如電纜線、PCB 布線、內(nèi)部配線、機(jī)械結(jié)構(gòu)等這些零件透過(guò)電路相耦合的電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)而將能量轉(zhuǎn)移。
實(shí)際情況下設(shè)備間和設(shè)備內(nèi)部的耦合受到了屏蔽與絕緣材料的限制而絕緣材料的吸收與導(dǎo)體相比的影響是微不足道的。
電纜線對(duì)電纜線的耦合既可以是電容性也可以是電感性并且取決于方位、長(zhǎng)度及接近程度的影響。

公共阻抗的耦合

公共阻抗耦合線路是干擾源與受干擾設(shè)備共用電路阻抗所引起的。
公共導(dǎo)線也因兩個(gè)電流環(huán)之間的互感而引起或因兩個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)之間的互容耦合而引起。
對(duì)于傳導(dǎo)性的公共阻抗耦合的解決是將連接線分離使系統(tǒng)各自獨(dú)立避免形成公共阻抗。

發(fā)射

來(lái)自PCB 的發(fā)射：在大多數(shù)設(shè)備中主要的電流源是流入PCB 板上的電路中這些能量借由PCB 板所模擬成的天線而將干擾輻射出去。
來(lái)自電纜線的輻射：干擾電流以共模形式產(chǎn)生于在PCB 和設(shè)備內(nèi)部其他位置形成的對(duì)地噪聲并沿著導(dǎo)體或者屏蔽電纜的屏蔽層流動(dòng)。
傳導(dǎo)發(fā)射：干擾也可能從其他電纜以感性或容性方式偶合到電纜線上。
產(chǎn)生的干擾可能以差模(在火線與中線或在信號(hào)線之間)或共模(在火線/中線/信號(hào)線與接地間)或者以二者的混合形式出現(xiàn)。
對(duì)于電源部埠需要測(cè)量每一個(gè)相線/中線與在電源電纜遠(yuǎn)端地之間的電壓。
差模發(fā)射通常與來(lái)自電源的低頻開關(guān)噪聲聯(lián)系在一起。
共模發(fā)射則是由于更高頻率的開關(guān)元件、內(nèi)部電路源或電纜的內(nèi)部偶合引起的。
電路的分布電容分布廣泛。若沒(méi)有屏蔽物體的話,取決于與其他物體接近的程度。由于周圍環(huán)境有較高的電容,部分屏蔽的機(jī)殼實(shí)際上會(huì)使耦合更加嚴(yán)重惡化。

電磁兼容性分析角度

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電磁兼容性包括兩方面：EMI(電磁干擾)，EMS(電磁敏感性)兩方面。

EMI分類

CE（傳導(dǎo)干擾），RE（輻射干擾），PT(干擾功率測(cè)試)等等。

EMS分類

ESD(靜電放電），RS（輻射耐受），EFT/B(快速脈沖耐受)，surge（雷擊），CS（傳導(dǎo)耐受）等等

以上的各種試驗(yàn)都要由專門的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。是電子類商品進(jìn)入市場(chǎng)前要取得認(rèn)證的必要條件。中國(guó)這樣的實(shí)驗(yàn)室很多，大部分集中在深圳等地。

電磁兼容性試驗(yàn)與檢測(cè)的試驗(yàn)室有環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗(yàn)服務(wù)中心、航天環(huán)境可靠性試驗(yàn)中心等機(jī)構(gòu)。

電磁兼容性的重要規(guī)律

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規(guī)律一、EMC費(fèi)效比關(guān)系規(guī)律：EMC問(wèn)題越早考慮、越早解決，費(fèi)用越小、效果越好。[2]

在新產(chǎn)品研發(fā)階段就進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，比等到產(chǎn)品EMC測(cè)試不合格才進(jìn)行改進(jìn)，費(fèi)用可以大大節(jié)省，效率可以大大提高；反之，效率就會(huì)大大降低，費(fèi)用就會(huì)大大增加。

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在功能設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)，到樣板、樣機(jī)完成則通過(guò)EMC測(cè)試，是最省時(shí)間和最有經(jīng)濟(jì)效益的。相反，產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC，投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)EMC不合格才進(jìn)行改進(jìn)，非但技術(shù)上帶來(lái)很大難度、而且返工必然帶來(lái)費(fèi)用和時(shí)間的大大浪費(fèi)，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)的缺陷，無(wú)法實(shí)施改進(jìn)措施，導(dǎo)致產(chǎn)品不能上市。

規(guī)律二、高頻電流環(huán)路面積S越大,EMI輻射越嚴(yán)重。

高頻信號(hào)電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時(shí)，一般走線電抗大于電阻，連線對(duì)高頻信號(hào)就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測(cè)設(shè)備上的高頻電流環(huán)路產(chǎn)生的，最惡劣的情況就是開路之天線形式。對(duì)應(yīng)處理方法就是減少、減短連線，減小高頻電流回路面積，盡量消除任何非正常工作需要的天線，如不連續(xù)的布線或有天線效應(yīng)之元器件過(guò)長(zhǎng)的插腳。

減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要任務(wù)之一，就是想方設(shè)法減小高頻電流環(huán)路面積S。

規(guī)律三、環(huán)路電流頻率f越高，引起的EMI輻射越嚴(yán)重，電磁輻射場(chǎng)強(qiáng)隨電流頻率f的平方成正比增大。減少輻射騷擾或提高射頻輻射抗干擾能力的最重要途徑之二，就是想方設(shè)法減小騷擾源高頻電流頻率f，即減小騷擾電磁波的頻率f。

電磁兼容性對(duì)策

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由于微電腦的依存度正不斷提高，設(shè)備的大量使用，復(fù)雜了我們的電磁環(huán)境，因此外來(lái)的干擾如脈沖噪聲、放射電磁場(chǎng)、靜電、雷擊、電壓變動(dòng)等，所引發(fā)的誤動(dòng)作產(chǎn)生當(dāng)機(jī)甚至破壞的情形，如無(wú)線電的通訊、雷達(dá)、大哥大、電視游樂(lè)器⋯⋯等，往往干擾到電視，甚至于造成醫(yī)療器材使用中的誤動(dòng)作，影響到飛航的安全。[3]

國(guó)際上對(duì)于電子、電器、工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品的抗擾性測(cè)試日漸重視，且趨向整合以IEC（International Electrotechnical Commission）國(guó)際規(guī)格為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，歐洲共同體率先制定EMC防治法規(guī)，于1996 年起全面實(shí)施抗擾測(cè)試。[3]