電磁兼容性

編輯

本詞條由“科普中國”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項目審核。

電磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁騷擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁騷擾(Electromagnetic Disturbance)不能超過一定的限值；另一方面是指設(shè)備對所在環(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，主要由于美國聯(lián)邦通訊委員會在1990年和歐盟在1992提出了對商業(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

編輯

過去在軍事領(lǐng)域之外，對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)心電磁兼容性問題。但隨著使用更低信號電壓的現(xiàn)代數(shù)字設(shè)備的時鐘頻率迅速增高，電磁兼容性問題變得越來越重要。許多國家意識到這個凸現(xiàn)的問題，并對相關(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。

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

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

干擾的形成

編輯

電磁干擾介紹

電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱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)生的干擾信號通過導(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)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(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，各國政府或一些國際組織都相繼提出或制定了一些對電子產(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，這也是各國政府或經(jīng)濟組織，保護自己利益經(jīng)常采取的手段。[1]

干擾源與受干擾源

無論何種情況下電磁相容的問題出現(xiàn)總是存在兩個互補的方面：
一個是干擾發(fā)射源和一個為此干擾敏感的受干擾設(shè)備。
如果一個干擾源與受干擾設(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、機械結(jié)構(gòu)等這些零件透過電路相耦合的電場、磁場或電磁場而將能量轉(zhuǎn)移。
實際情況下設(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)線也因兩個電流環(huán)之間的互感而引起或因兩個電壓節(jié)點之間的互容耦合而引起。
對于傳導(dǎo)性的公共阻抗耦合的解決是將連接線分離使系統(tǒng)各自獨立避免形成公共阻抗。

發(fā)射

來自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地噪聲并沿著導(dǎo)體或者屏蔽電纜的屏蔽層流動。
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線之間)或共模(在火線/中線/信號線與接地間)或者以二者的混合形式出現(xiàn)。
對于電源部埠需要測量每一個相線/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,部分屏蔽的機殼實際上會使耦合更加嚴(yán)重惡化。

電磁兼容性分析角度

編輯

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

以上的各種試驗都要由專門的實驗室進行測試。是電子類商品進入市場前要取得認(rèn)證的必要條件。中國這樣的實驗室很多，大部分集中在深圳等地。

電磁兼容性試驗與檢測的試驗室有環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗服務(wù)中心、航天環(huán)境可靠性試驗中心等機構(gòu)。

電磁兼容性的重要規(guī)律

編輯

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

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

經(jīng)驗告訴我們，在功能設(shè)計的同時進行EMC設(shè)計，到樣板、樣機完成則通過EMC測試，是最省時間和最有經(jīng)濟效益的。相反，產(chǎn)品研發(fā)階段不考慮EMC，投產(chǎn)以后發(fā)現(xiàn)EMC不合格才進行改進，非但技術(shù)上帶來很大難度、而且返工必然帶來費用和時間的大大浪費，甚至由于涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計、PCB設(shè)計的缺陷，無法實施改進措施，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。

高頻信號電流流經(jīng)電感最小路徑。當(dāng)頻率較高時，一般走線電抗大于電阻，連線對高頻信號就是電感，串聯(lián)電感引起輻射。電磁輻射大多是EUT被測設(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)之元器件過長的插腳。

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，電磁輻射場強隨電流頻率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。

電磁兼容性對策

編輯

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，因此外來的干擾如脈沖噪聲、放射電磁場、靜電、雷擊、電壓變動等，所引發(fā)的誤動作產(chǎn)生當(dāng)機甚至破壞的情形，如無線電的通訊、雷達、大哥大、電視游樂器⋯⋯等，往往干擾到電視，甚至于造成醫(yī)療器材使用中的誤動作，影響到飛航的安全。[3]

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