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1、电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容和安规设计电子产品电磁兼容电子产品电磁兼容和安规设计和安规设计1.1电磁兼容与电磁干扰电磁兼容源于英文ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY 缩写为EMC。国际电工委员会对电磁兼容的定义为：“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骚扰的实力”。可见电磁兼容的概念包括两个部分，一是设备能够抗拒所接受到的干扰而正常工作；另一个是设备所放射的电磁干扰不能影响其它设备的正常工作。电磁兼容电磁兼容EMC(electromagnetic compatibil
2、ity)电磁兼容指的是一个产品和其它产品共存于特定的电磁环境中，而不会引起其它产品或者自身性能下降或损坏的实力。电磁干扰电磁干扰EMI(electromagnetic interference)电磁干扰电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。统性能的下降。电磁骚扰电磁骚扰：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。常见的电磁干扰1、在开着的电脑前拨打手机，会发觉显示器屏幕出、在开着的电脑前拨打手机，会发觉显示器屏幕出现抖
3、动。现抖动。2、电视机处于待机状态（、电视机处于待机状态（STAND BY），一阵雷电），一阵雷电后电视机自动开机了。后电视机自动开机了。3、汽车点火系统的电磁干扰现象。、汽车点火系统的电磁干扰现象。4、在飞机起飞、着陆的过程中运用手机、手提电脑、在飞机起飞、着陆的过程中运用手机、手提电脑等电子设备，会使飞机的导航设备失效。等电子设备，会使飞机的导航设备失效。电磁干扰对人类社会的危害电磁干扰对人类社会的危害 1电磁干扰是无线电的大敌电磁干扰是无线电的大敌 在在50年头，一部年头，一部50W的短波电台通信距离可达的短波电台通信距离可达1000km；到了到了80年头，一部年头，一部250W的短波电
4、台通信距离一般小于的短波电台通信距离一般小于500km 电磁干扰阻碍民航事务：电磁干扰阻碍民航事务：大功率寻呼放射机干扰广州机场与飞行在航线上的飞机间大功率寻呼放射机干扰广州机场与飞行在航线上的飞机间的无线电通信联络指挥调度，危及飞行平安，不得不关闭一个的无线电通信联络指挥调度，危及飞行平安，不得不关闭一个繁忙扇面，使繁忙扇面，使90多个航班不能正常运行，大批旅客滞留机场，多个航班不能正常运行，大批旅客滞留机场，给繁忙的春运造成损失。以上两例说明电磁干扰是无线电通信给繁忙的春运造成损失。以上两例说明电磁干扰是无线电通信的大敌。的大敌。电磁干扰对人类社会的危害电磁干扰对人类社会的危害 2电磁干扰
5、刺激功率竞赛，加剧电磁污染电磁干扰刺激功率竞赛，加剧电磁污染无线电通信须要确定的信号噪声比，电磁干扰大，信噪比无线电通信须要确定的信号噪声比，电磁干扰大，信噪比就会下降，使无线电通信距离变短。为保证确定的通信距离，就会下降，使无线电通信距离变短。为保证确定的通信距离，只好增大放射机功率，以保证接收机所须要的信噪比。只好增大放射机功率，以保证接收机所须要的信噪比。问题：人类会不会陷入问题：人类会不会陷入“放射机功率增大和数量增多放射机功率增大和数量增多电磁干电磁干扰场强增大扰场强增大信噪比下降信噪比下降再次增大和增多放射机功率和数目再次增大和增多放射机功率和数目”的恶性循环的恶性循环?这的确是一
6、个值得留意的。电磁干扰危害的加剧，可能会这的确是一个值得留意的。电磁干扰危害的加剧，可能会刺激放射机功率和数目竞赛，复又导致更严峻的电磁污染。刺激放射机功率和数目竞赛，复又导致更严峻的电磁污染。电磁干扰对人类社会的危害电磁干扰对人类社会的危害 3电磁干扰日益社会化电磁干扰日益社会化 飞机起降时地处飞机下面的武昌城区电视图像抖动，几万飞机起降时地处飞机下面的武昌城区电视图像抖动，几万户居民长期遭遇电磁干扰之苦；户居民长期遭遇电磁干扰之苦；新建居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统，该系新建居民小区或花园楼房安装了电子防盗报警系统，该系统开关电源产生的电磁干扰使旁边休闲在家的人无法收听收音统开关
7、电源产生的电磁干扰使旁边休闲在家的人无法收听收音机。机。运用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能放射电磁波运用大功率无绳电话、手机、家用游戏机等能放射电磁波的电子装置时，电视屏幕上会出现厌烦的明暗条纹、雪花、闪的电子装置时，电视屏幕上会出现厌烦的明暗条纹、雪花、闪烁和抖动；烁和抖动；病房内运用手机很简洁引起电子心脏起搏器停搏、输液泵病房内运用手机很简洁引起电子心脏起搏器停搏、输液泵电子开关误动作，中断病人输液等，干脆危及病人的平安；电子开关误动作，中断病人输液等，干脆危及病人的平安；冬天运用电热毯的孕妇因受到电热毯的电磁辐射简洁造成冬天运用电热毯的孕妇因受到电热毯的电磁辐射简洁造成流产。电磁干
8、扰日趋社会化，给人们的和平生活带来担忧和紧流产。电磁干扰日趋社会化，给人们的和平生活带来担忧和紧急。急。电磁干扰对人类社会的危害电磁干扰对人类社会的危害 4电磁干扰对人的制约与限制电磁干扰对人的制约与限制电磁干扰对人的制约与限制是在人类重大活动中显露出来电磁干扰对人的制约与限制是在人类重大活动中显露出来的。的。例如，我国某海滨疗养地新建了一个电视转播台，由于该例如，我国某海滨疗养地新建了一个电视转播台，由于该台对旁边飞机场有严峻干扰，尚未正式启用，就被责令拆毁；台对旁边飞机场有严峻干扰，尚未正式启用，就被责令拆毁；沿海某地新建海岸电台因对国际平安遇险系统有严峻电磁沿海某地新建海岸电台因对国际平
9、安遇险系统有严峻电磁干扰，不得不重新改建他处。干扰，不得不重新改建他处。又如瑞典、美国曾出现过电磁干扰导致误关闭核电站事故。又如瑞典、美国曾出现过电磁干扰导致误关闭核电站事故。瑞典奥斯卡斯哈门的一座核电站，瑞典奥斯卡斯哈门的一座核电站，1998年曾因移动电话电磁辐年曾因移动电话电磁辐射引起监视仪表混乱，误认为放射物质增多而自行停止运行。射引起监视仪表混乱，误认为放射物质增多而自行停止运行。电磁干扰对军事行动的制约与限制早在电磁干扰对军事行动的制约与限制早在60年头就已特殊突年头就已特殊突出了。例如越战期间，美舰艇导弹处于战备状态或舰载飞机起出了。例如越战期间，美舰艇导弹处于战备状态或舰载飞机起
10、飞着舰时，必需关闭某些搜寻雷达和通信放射机，以避开电磁飞着舰时，必需关闭某些搜寻雷达和通信放射机，以避开电磁干扰危害导弹和飞机的平安。卫星通信安装到舰船上运用时往干扰危害导弹和飞机的平安。卫星通信安装到舰船上运用时往往必需关闭某些雷达，以避开雷达干扰卫星通信。往必需关闭某些雷达，以避开雷达干扰卫星通信。1.1.3电磁兼容技术的发展及电磁兼容认证电磁兼容技术的发展及电磁兼容认证1.电磁兼容技术的发展电磁兼容技术的发展电磁干扰是人们早就发觉的电磁现象，它几电磁干扰是人们早就发觉的电磁现象，它几乎跟电磁效应的现象同时被发觉。乎跟电磁效应的现象同时被发觉。1888年德国物理学家赫兹首创了天线，第一年德
11、国物理学家赫兹首创了天线，第一次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功次把电磁波辐射到自由空间，同时又成功地接收到电磁波，用试验证明白电磁波的地接收到电磁波，用试验证明白电磁波的存在，从今起先了对电磁干扰问题的试验存在，从今起先了对电磁干扰问题的试验探讨。探讨。l1889年英国邮电部门探讨了通信中的干扰问题，使干扰问题的探讨起先走向工程化和产业化。l20世纪以来，由于电气电子技术的发展和应用，随着通信、广播等无线电事业的发展，人们渐渐相识到须要对各种电磁干扰进行限制，特殊是工业发达国家特殊重视限制干扰，他们成立了国家级以及国际间的组织，并发布了一些标准和规范性文件。l20世纪40年头为了解决飞机通
12、信系统受到电磁干扰造成飞行事故的问题，起先较为系统地进行电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)技术的探讨。l60年头以来，现代电子技术向高频、高速、高灵敏度、高安装密度、高集成度和高牢靠性方向发展，其应用范围越来越广，渗透到了整个社会的每一个角落。l70年头，电磁兼容技术渐渐成为特殊活跃的学科领域之一。较大规模的国际性电磁兼容学术会议，每年召开一次。美国最有影响的电子电气工程师协会IEEE的权威杂志，特地设有EMC分册。l80年头，美国、德国、日本、前苏联和法国等经济发达国家在电磁兼容探讨和应用方面达到了很高的水平。主要探讨和应用的内容包括电磁兼容标准和
13、规范、分析设计和预料、试验测量、开发屏蔽导电材料、培训教化和管理等。l20世纪80年头以来，国内电磁兼容学术组织纷纷成立，学术活动频繁开展，1987年召开了第一届全国性电磁兼容性学术会议，1990年在北京成功地举办了第一次国际电磁兼容性学术会议，标记着我国电磁兼容学科的快速发展并起先参与世界沟通。l20世纪90年头以来，随着我国国民经济和高科技产业的快速发展，在航空、航天、通信和电子等部门，电磁兼容技术受到特殊重视，并投入了较大的财力和人力建立了一批电磁兼容性试验测试中心，引进了很多先进的电磁干扰及敏感度自动测试系统和试验设备。我们探讨信息电子设备的电磁泄漏及防护问题时，面临以下一些新的课题须
14、要探讨解决。(1)由于集成电路集成度的不断增加(如今已进入亚微米量级)，芯片上的线条更窄，线条更多，层数增加且间距更小，因而相互串扰也增加。新材料的应用也给探讨工作增加了难度。(2)纳米技术将成为新世纪的电子热点，从材料到元器件甚至到一个组件的运行机理、检测方法都会有根本性的变更，对这类元器件的EMC设计须要重新相识，要寻求新的测试手段。(3)防电磁泄漏和抗干扰的新材料研制始终是人们关注的热点之一。(4)现有的测量标准及规范都局限于电磁特性的幅度信息，不涉及相位、极化及其他信息成分，在确定程度上限制了信息电子系统的EMC/EMI的分析和检测。(5)EMC/EMI的测试运用天线或探头，在近区弱场
15、测量中，国内已有的场强仪都存在探头扰动待测场的问题，很难定量消退引入的测量误差，须要开发新的光电探头。探头的小型化和微型化及智能化也需进一步开发。关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍 IEC（国际电工委员会）：有两个平行的组织制订（国际电工委员会）：有两个平行的组织制订EMC标准，标准，CISPR和和TC77。CISPR（国际无线电干扰特殊委员会）：（国际无线电干扰特殊委员会）：1934年成立。目前有七个分会：年成立。目前有七个分会：A分会（无线电干扰测量方法与统计方法）、分会（无线电干扰测量方法与统计方法）、B分会（工、科、医射分会（工、科、医射频设备
16、的无线电干扰）、频设备的无线电干扰）、C分会（电力线、高压设备和电牵引系统的分会（电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰）、无线电干扰）、D分会（机动车和内燃机的无线电干扰）、分会（机动车和内燃机的无线电干扰）、E分会分会（无线接收设备干扰特性）、（无线接收设备干扰特性）、F分会（家电、电动工具、照明设备及分会（家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰）、类似电器的无线电干扰）、G分会（信息设备的无线电干扰）。分会（信息设备的无线电干扰）。ITU-T（国际电信联盟电信标准委员会）（国际电信联盟电信标准委员会）CCIR（国际无线电询问委员会）（国际无线电询问委员会）URSI（国际无线电科
17、学联盟）（国际无线电科学联盟）IEEE EMC-S（跨国电气电子工程学会电磁兼容专业学会）（跨国电气电子工程学会电磁兼容专业学会）IWCS（国际电线电缆学术探讨会）（国际电线电缆学术探讨会）2.电磁兼容技术的认证开展电磁兼容认证的重要性1969年联合国人类发展大会上就将电磁波列为环境污染源之一，随着社会的发展，电磁污染必将越来越严峻，从疼惜环境动身必需加以防治。实施电磁兼容认证可有效地抑制用电设备的电磁干扰，疼惜和净化电磁环境。产品的电磁兼容性能干脆影响到产品性能指标的实现和提高。实施电磁兼容认证可提高产品的技术水平和竞争力，促进企业的技术进步。我国实施电磁兼容认证可适应国际发展趋势，有效疼惜
18、国内市场。电磁兼容认证的技术要求电磁兼容认证执行标准，涵盖了电磁干扰和抗扰度两个方面的内容，产品依据认证执行标准，满足相应的限值要求。增加电磁兼容认证意识，提高产品竞争力 企业应增加电磁兼容认证意识，适应政府当前目标实现的须要，通过认证提高产品的质量和竞争力，促进企业的技术进步，在新的竞争中处于有利的地位。认证&标准常见的认证强制性产品认证：中国：CCC 美国：FCC 欧盟：CE自愿性产品认证：自愿性 UL 或 ETLCCCCCC中国强制认证2003-08-01实施，取代CCEE、CCIB家电产品认证标准GB4343-1995（测量方法和允许值）家电产品认证标准GB4343.2-1999（抗扰
19、度）CE&FCC欧盟CE规定的标准测试要求最为严格，测试项目最多，包括电磁干扰、电磁抗扰度两部分，一般而言，能通过CE认证基本上能通过CCC认证。美国FCC认证接受的标准与中国3C、欧盟CE不同，而且产品工作电压不同，通过FCC认证的产品，并不确定满足3C认证和CE认证中的电磁兼容要求。认 证 标 识电磁兼容和认证的关系电磁兼容是其中之一产品试验产品跟踪试验工厂初次检查工厂跟踪检查(每年一次）特殊检查EMC相关的测量标准相关的测量标准 欧欧盟盟（EU）早早在在80年年头头就就已已作作出出确确定定，凡凡是是投投放放到到欧欧洲洲经经济济区区（EEAEuropean Economic Area）的产
20、品必须要有）的产品必须要有CE标记。标记。标标准准基基本本上上可可以以分分为为两两类类：产产品品电电磁磁骚骚扰扰特特性测量标准和产品抗扰性试验标准。性测量标准和产品抗扰性试验标准。1.2电磁兼容的基本概念电磁兼容的基本概念电磁环境电磁环境electromagnetic environment：存在：存在于给定场所的全部电磁现象的总合。于给定场所的全部电磁现象的总合。电磁噪声电磁噪声electromagnetic noise：一种明显不传：一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能对有用信号叠加送信息的时变电磁现象，它可能对有用信号叠加或组合。或组合。干扰信号干扰信号 interfering si
21、gnal：损害有用信号接收：损害有用信号接收的信号。的信号。电磁骚扰电磁骚扰 electromagnetic disturbance：任何可能引起：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害作用的电磁现象。生损害作用的电磁现象。电磁干扰电磁干扰 electromagnetic interference(EMI)：电磁骚：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。电磁放射电磁放射 electromagnetic emission：从源向外发出电：从源向外发出电磁能的现象。磁能的
22、现象。电磁辐射电磁辐射 electromagnetic radiation：包括：包括a)能量以电能量以电磁波形式由源放射到空间的现象。磁波形式由源放射到空间的现象。b)能量以电磁波形式在能量以电磁波形式在空间传播空间传播EMC结构图电磁兼容的工程方法电磁兼容的工程方法 1 测试修改法测试修改法 2 系统设计法系统设计法可实行的措施 电路结构封装 屏蔽 滤波 软件成本成本措施措施 概念 设计 产品 市场阶段1.4电磁干扰三要素电磁干扰三要素干扰源、耦合通道及被干扰对象干扰源、耦合通道及被干扰对象 必需有干扰源、被干扰对象及耦合通道的必需有干扰源、被干扰对象及耦合通道的同时存在才能构成同时存在才
23、能构成EMC问题。问题。干扰源干扰源 应当说在条件合适的前提下，任何消耗能量的仪器、设备都有可能成为干扰源。1、依据干扰的成因，可以将干扰源分为：自然电磁干扰源和人为电磁干扰源。电磁干扰源电磁干扰源自然电磁干扰自然电磁干扰源源人为电磁干扰人为电磁干扰源源大气干扰、雷大气干扰、雷电干扰、宇宙电干扰、宇宙干扰、热噪音干扰、热噪音功能性干扰源功能性干扰源非功能性干扰非功能性干扰源源无线电广播、无线电广播、电视、无线通电视、无线通信、雷达信、雷达导航导航输电线、电气化铁输电线、电气化铁路、车辆点火系统、路、车辆点火系统、开关系统、工业、开关系统、工业、科学、医疗设备、科学、医疗设备、家用电器、办公设家
24、用电器、办公设备备2、自然电磁干扰、自然电磁干扰 自然电磁干扰主要指的是宇宙干扰、大气干扰、热噪声和沉积静电干扰。宇宙干扰是来自宇宙的背景噪声、太阳无线电噪声以及天体、星座放射的无线电噪声。太阳的的干扰频率从10MHz到几十GHz。宇宙干扰最为明显的频率范围为20MHz500MHz，主要的干扰对象为航天飞行器以及通过卫星传播的通信信号和广播信号。除宇宙干扰外，大气干扰也是常见的自然电磁干扰。主要是雷电干扰，其他的还有沙暴、雨雾等。大气干扰的频率范围主要在30MHz以下，对地球上20 MHz以下的无线电通信影响很大。热噪声指的是处于确定热力学状态下的导体中所出现的无热噪声指的是处于确定热力学状态
25、下的导体中所出现的无规则电起伏，是由导体中自由电子的无规则运动引起的。规则电起伏，是由导体中自由电子的无规则运动引起的。如电阻热噪声、气体放电噪声等。如电阻热噪声、气体放电噪声等。3、人为电磁干扰1）电气设备干扰）电气设备干扰（1）电晕放电）电晕放电高压输电线因绝缘失效时会产生间歇脉冲电高压输电线因绝缘失效时会产生间歇脉冲电流，形成电晕放电。流，形成电晕放电。电晕放电干扰对低频感测系统的影响较为严电晕放电干扰对低频感测系统的影响较为严峻，对高频感测系统影响不大。峻，对高频感测系统影响不大。（2）辉光放电）辉光放电及气体放电。如荧光灯、霓虹灯、等。常温及气体放电。如荧光灯、霓虹灯、等。常温空气中
26、，当接点距离为空气中，当接点距离为0.0076mm，电压加，电压加到到320V时会发生辉光放电。时会发生辉光放电。荧光灯的干扰电平一般为几十微伏到几千微荧光灯的干扰电平一般为几十微伏到几千微伏，高的可达几十毫伏；频率为超高频。伏，高的可达几十毫伏；频率为超高频。（3）火花放电）火花放电电气设备触点处的断续电流将会引起火花放电。电气设备触点处的断续电流将会引起火花放电。对于有金属外壳的电气设备，干扰一般只能从对于有金属外壳的电气设备，干扰一般只能从缝隙处和引线处泄露。缝隙处和引线处泄露。火花放电干扰频率很高。汽车点火干扰的频率火花放电干扰频率很高。汽车点火干扰的频率范围为范围为20MHz1000
27、MHz，作用距离可达，作用距离可达50 100m。（4）开关干扰）开关干扰（5）工频干扰）工频干扰被干扰对象被干扰对象 被干扰对象所囊括的范围也很宽。全部的电子设备都有可能成为被干扰对象，甚至人体。如电视机，收音机，模拟传感器，放大器，计算机等。3.耦合通道耦合通道 只有有了耦合通道，干扰信号才能为被只有有了耦合通道，干扰信号才能为被干扰对象所接收。耦合通道可以分为三类：干扰对象所接收。耦合通道可以分为三类：辐射、传导及感应。如：电源线，内部连接辐射、传导及感应。如：电源线，内部连接电缆，机箱泄漏，天线到天线，导线到导线电缆，机箱泄漏，天线到天线，导线到导线等。等。安规与电磁兼容网：安规与电磁
28、兼容网：:/safetyemc/1.6 电磁兼容的单位 分贝的定义 在电磁干扰场强的测试中，往往会遇到量值相差特殊悬殊(甚至达千百万倍的信号)。为了便于表达、叙述和运算(变乘除为加减)，常接受对数单位分贝(dB)。分贝表示两个参量的倍率关系，通常用来表示变更范围很大的数值关系。两个功率电平比值的分贝(dB)为：其中，为某一功率电平；为比较的基准功率电平。上式中以 P2=1w作为参考基准功率，的分贝值就用 表示，称为微瓦贝。、和W的换算关系表示为 还可以nW和pW作为参考基准功率，分别用dBn(纳瓦分贝)和dBp(皮瓦分贝)表示。下表说明这些单位的定义l分贝制单位在电磁干扰场强计量测试中的用法有
29、如下3种：l (1)表示信号传输系统中随意两点间功率(或电压)的相对大小，或空间某两点电磁干扰场强的相对大小。l (2)在指定参考电平(电压或电场强度)时，可用分贝表示电压或电场强度的确定值。此参考电平通称为零电平。l (3)用分贝表示电压或场强的误差大小。电压电流分贝电压电流分贝(dB)计算公式计算公式分贝的定义：分贝数分贝的定义：分贝数 10lgP2P1P1、P2 是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：是两个功率数值，对于电流或电压，定义如下：电压增益的分贝数电压增益的分贝数 20lgV2V1电流增益的分贝数电流增益的分贝数 20lgI2I1用分贝表示的物理量用分贝表示的物理量电压：电
30、压：用用1V、1mV、1 V 为参考（例如：为参考（例如：1 V=0dB V）则单位为：则单位为：dBV、dBmV、dB V 等，等，电流：电流：用用1A、1mA、1 A 为参考，则：为参考，则：dBA、dBmA、dB A场强：场强：用用1V/m、1 V/m 为参考，则：为参考，则：dBV/m、dB V/m 等，等，功率：功率：用用1W、1mW 为参考，则：为参考，则：dBW、dBm等，等，1.6.5 电磁干扰场强单位间的相互换算 由换算公式可知dB、dBp和dBn间的关系：因为1mW=1106 nW=1109 pW 所以0dBm=60dBn=90dBp dBm与dBV的换算如下表所示：再见！再见！