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摘要：数字电子设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波,因此会产生很强的辐射。产生EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式,即电磁干扰包括辐射型(高频)EMI、传导型(低频)EMI。产生EMC问题的3个要素是:电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。
关键词:电磁兼容;检测;优化；测试及认证
一、电磁兼容优化
实施电磁兼容是一项十分复杂的任务,在尽可能早的阶段上注意保证它们的电磁兼容性。方案阶段是提供最佳费效比的机会,而生产阶段提供的可能性通常最少。有效的电磁兼容控制常常是比较困难的,因为电磁干扰方位与耦合途径的大量可能组合涉及到许多变量,敏感电路的抗扰度与电路参数的设计有关,电路参数必须保证的灵敏度往往使提高抗扰度受到一定限制。
1常见的骚扰源
音视频类等的常见骚扰源如:TV接收机本机振荡,开
关电源的开关脉冲,行扫描显像电路产生;数字电路工作
需要的各种时钟信号;数字信号方波及高频谐波,晶振的
高次谐波;微处理器,微控制器,静电放电,传播器,瞬态电
源器件,如机电继电器,电源开关。
2EMC优化方案
电磁骚扰途径一般都是辐射、传导、耦合或者是3种形式组合。电源线传导骚扰主要由共模电流产生,辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。清楚了骚扰源与耦合路径,就可以分析如何将电子设备的电磁兼容得到优化。
1)电子产品设计思路是能否实现产品电磁兼容的必要条件。产品设计思路和方案选择、核心部件及芯片的选型主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力,尽量选用本身发射小的芯片,避免引发强烈的电磁骚扰。
2)通常情况下PCB的EMC设计对于产品电磁兼容性起着关键性的作用。阻止功能区域之间的回路,多层线路板的每一层要合理安排,时钟信号线及其他的高频线要同层并且尽可能地贴近地平面。减小高速信号、时钟信号线构成的环路面积,布线应该短、直、粗、匀,不要直角和突变。合理处理电源模块与各功能子模块间的关系,避免其间的相互干扰。
3)严格电磁屏蔽和滤波设计。电磁屏蔽也是电磁兼容的关键,要尽量保证屏蔽体的完整性,使干扰源远离机体的接缝等不连续的地方,增大缝隙的深度,并保证缝隙结合的紧密度,要保证机体接合处的电连续性。滤波设计包括输入输出的滤波设计、电源线滤波和信号线滤波的设计。
二、电磁兼容整改
1基本思路
EMC整改需要诊断出电磁骚扰源、耦合途径,然后利用EMC基本理论方法,综合运用屏蔽、滤波吸波、接地等措施实施改进[7]。道理其实很简单,但是在分析和改进过程中,更多的是需要经验。
2整改的基本方法
1)首先需要确认产品内部核心模块、器件、结构的选择是否合理。在设备和系统的各个模块中,应优先考虑电源设备和电源系统的电磁干扰如:电机、变换器、斩波器整流器等也可能是干扰源。
2)对带有天线的设备或系统,EMI诊断应优先考虑干扰是从天线输入或输出的。高灵敏度设备的信号线、机壳、地线、电源线、通风孔、高电平、大电流电缆均是诊断的重点。
3)电源线互联电缆、PCB板上的走线等常常是电磁干扰的传输耦合途径[8]。干扰现象常同工作带宽、谐波、寄生响应与振荡、非线性工作元件等有关。
4)断电法是比较常用的方法,即两个模块轮流关闭或选择性关闭电源的方法逐个判断,使怀疑的范围愈小。取代和替换怀疑的设备或元件可能有助于诊断。
5)一般情况下,诊断出EMC问题所在后,EMC的抑制有这么几路径:找到干扰源,对其在允许的范围内减弱干扰;注意电线电缆的分类整理;改善接地系统;检查屏蔽结构,这也是最后一道屏障了。当然如果整改后测试再不通过,则需要分析对问题的判断是否正确?整改方法是否正确,整改时要特别注意,正确诊断出电磁骚扰源、耦合途径。
三、电磁兼容测试及认证
1电磁兼容的概念
EMC，即ElectroMagneticCompatibility，就是电磁兼容，是以电磁场理论为基础，包含电气、电子、通信、材料、结构等学科的边缘科学；也是一门研究在有限空间、时间和频率资源条件下，各种电气、电子设备或系统在同一电磁环境中可以互相兼容，而不致引起其性能下降的应用科学技术。
国际电工委员会对电磁兼容性的定义是：“电磁兼容是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。”我国最近颁布的电磁兼容国家标准中，定义电磁兼容为：“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。”
电磁兼容包含以下三方面的含义：
1、电磁干扰EMI，即处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所限制的电磁能量。其包含的测试项目有：电源线的传导骚扰，信号/控制线传导骚扰，功率骚扰，辐射骚扰，谐波电流，电压波动和闪烁等。
2、电磁抗扰度EMS，即处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，设备或系统能够承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰。其包含的测试项目有：静电放电抗干扰，射频辐射电磁场抗干扰，电快速脉冲群抗干扰，浪涌抗干扰，由射频场感应引起的传导抗干扰，工频磁场抗干扰，电压跌落与短时中断抗干扰等。
3、电磁环境，即系统或设备的工作环境。
电磁干扰的三要素：电磁骚扰源，耦合路径，骚扰接收机。
电磁骚扰源，产生骚扰的电路或设备。
耦合路径，能够将电磁骚扰源产生的骚扰能量传递到敏感设备的路径。
骚扰接收机，受到此骚扰影响的电路或设备。
如果采取措施把这三个要素中的任一个消除，电磁干扰的问题也就没有了。因此，电磁兼容技术就是围绕着这三个要素展开的。
四、电磁兼容的标准
电磁兼容的标准可以分为基础标准、通用标准、产品标准（又可以继续细分为系列产品标准和专用产品标准）。每类标准包含干扰和抗干扰两部分的标准。
1、基础电磁兼容标准它们规定达到电磁兼容的一般和基本条件或规则，与涉及电磁兼容问题的所有系列产品、系统或设施有关，并且可以适用于这些产品，但是不规定产品的发射限值或抗扰度判定准则。
2、通用电磁兼容标准它们是在特定环境下（比如工业环境、居住环境、商业环境、轻工业环境等）的电磁兼容标准，规定一组最低的基本要求和测量/试验程序，可以应用于此特定环境下工作的所有产品或系统，如果某种产品没有系列产品标准或专用产品标准，就可以选择使用通用电磁兼容标准。
3、产品电磁兼容标准产品电磁兼容标准又可以进一步分为系列产品电磁兼容标准和专用电磁兼容标准。系列产品电磁兼容标准针对特定的产品类别规定了专门的电磁兼容（包括发射和抗扰度）要求、限值和测量/试验程序。专用产品电磁兼容标准是为特定产品、系统或设施而制定的电磁兼容标准，根据这些产品特性而设定一些专门的条件，它们采用的规则与
系列产品电磁兼容标准相同。系列产品电磁兼容标准比通用电磁兼容标准优先采用，专用产品电磁兼容标准比系列产品电磁兼容标准优先采用。
五、电磁兼容测试介绍
电磁兼容测试包括干扰测试和抗干扰测试两部分。电磁兼容测试主要针对被测产品的端口来进行。电磁兼容测试的目的是为了验证被测产品是否满足干扰的限值以及抗干扰的性能判定准则。电磁兼容测试必须明确这些内容：
1、测试中使用的产品规格，
2、适用的测试标准，
3、测试设备、附属设备的配置、工作模式等测试条件，
4、是否合格的判定基准和判定方法，
5、测试场所、使用的测试仪器设备的规格，
6、测量的不确定度，
7、测试结果，
8、测试日期、测试时的周围环境（电磁环境、温度、湿度、大气压）、测试人员。
六、EMC测试技术及电磁兼容标准化
EMC设计与EMC测试是相辅相成的。EMC设计的好坏是要通过EMC测试来衡量的。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中,进行EMC的相容性预测和评估,才能及早发现可能存在的电磁干扰,并采取必要的抑制和防护措施,从而确保系统的电磁兼容性。
七、结论
EMC作为一门多学科交叉的高新技术,以其在质量保证体系中的重要作用而逐渐被人们所认识。因此,在产品设计、试制过程中,应把EMC设计作为设计过程的重要一环,设计、开发出具备良好电磁兼容性能的数字产品。这方面问题的解决,不仅可以用硬件也可以依靠软件来实现,以进一步提高产品的质量与可靠性。
参考文献
[1]山崎弘郎编,聂凤仁,等译.数字电路的EMC[M].北京:科学出版社,2010.
[2]MarkBalch著,李兆麟译.完整的数字设计[M].北京:清华大学出版社,2011.
[3]KeithArmstrong著.李晓辉译.电路EMC设计与元器件的选取(二)[J].安全与电磁兼容,2010(4):93-96.
[4]李明,朱中文,蔡伟勇.电磁兼容技术研究现状与趋势[J].电子质量,2012(7):61-64.
[5]吴东海,李渝榆.通信装备电磁兼容性工作现状和对策[J].安全与电磁兼容,2014(5):47-48.