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文章詳情
高度重視電子產(chǎn)品電磁兼容性設計及管理工作
日期：2024-07-04 04:51
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摘要： 電磁兼容性是電子產(chǎn)品的一項重要指標，它包含系統內（自兼容性）和系統間的電磁兼容兩個(gè)方面。做為電子所，每年我所承擔了大量電子產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)，承擔任務(wù)的體量越來(lái)越大，產(chǎn)品復雜度及產(chǎn)品的裝備性也急劇提高。特別是承擔了許多項目的系統總體工作，對整個(gè)系統產(chǎn)品的質(zhì)量負有重要的責任。筆者認為，產(chǎn)品的質(zhì)量是由各種因素在設計階段形成的，探討一下電磁兼容性的基本內容和要求，對于促進(jìn)產(chǎn)品設計和提高產(chǎn)品的質(zhì)量是很有必要的。
1、 電磁兼容性是什么？
定義：electromagnetic compatibility（EMC）
設備（分系...
電磁兼容性是電子產(chǎn)品的一項重要指標，它包含系統內（自兼容性）和系統間的電磁兼容兩個(gè)方面。做為電子所，每年我所承擔了大量電子產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)，承擔任務(wù)的體量越來(lái)越大，產(chǎn)品復雜度及產(chǎn)品的裝備性也急劇提高。特別是承擔了許多項目的系統總體工作，對整個(gè)系統產(chǎn)品的質(zhì)量負有重要的責任。筆者認為，產(chǎn)品的質(zhì)量是由各種因素在設計階段形成的，探討一下電磁兼容性的基本內容和要求，對于促進(jìn)產(chǎn)品設計和提高產(chǎn)品的質(zhì)量是很有必要的。
1、 電磁兼容性是什么？
定義：electromagnetic compatibility（EMC）
設備（分系統、系統）在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài)。
即：該設備不會(huì )由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設備的電磁發(fā)射干擾導致或遭受不允許的降級；它也不會(huì )使同一電磁環(huán)境中其它設備（分系統、系統），因受其電磁發(fā)射干擾而導致或遭受不允許的降級。
2、形成電磁干擾的要素
形成電磁干擾，下列三個(gè)因素必須同時(shí)存在。
（1）釋放電磁能量的源（干擾源）；
（2）對源的電磁能量產(chǎn)生不正常響應的敏感器（受擾器）；
（3）能夠把電磁能量從源耦合到敏感器的通路。（傳播途徑）。
這三者之間的關(guān)系如圖1所示：
?
圖1 產(chǎn)生電磁干擾的三要素
3、電磁兼容性對產(chǎn)品（系統）的影響
（1）對效能的影響：
? 性能降低或失效，發(fā)射功率不足，方向圖畸變，造成產(chǎn)品不能完成預定的任務(wù)；
? 引起失效模式，降低產(chǎn)品的可靠性；
? 影響元器件或設備的工作壽命。
EMC對產(chǎn)品效能的影響范圍見(jiàn)圖2。
?
圖2 EMC影響產(chǎn)品效能的范圍
（2）對精度的影響
由于對電磁環(huán)境預計不當或EMC設計不當，系統內設備產(chǎn)生附加的電磁干擾和外部電磁干擾源產(chǎn)生的電磁發(fā)射，使系統內的關(guān)鍵設備關(guān)鍵電路對電磁發(fā)射敏感，致使系統精度降低。例如，通訊信噪比下降、靈敏度降低、制導控制失靈等。
（3）對**性的影響
系統上使用了大量的大規模集成電路和低電平數字電子設備，當電磁干擾超過(guò)敏感閾值和**系數時(shí)，會(huì )損壞敏感電路，引起錯誤顯示和響應、火工品誤爆，影響人員的**。
（4）對可靠性的影響
電磁干擾可能使電子元器件長(cháng)久性失效，敏感設備功能下降或產(chǎn)生故障模式。電磁干擾使設備的失效率增加，系統完成規定功能的概率降低，縮短平均故障間隔時(shí)間（MTBF），增加維修時(shí)間和費用。在做可靠性預計分析時(shí)應考慮電磁干擾引起的故障模式。
（5）電磁兼容性效/費權衡
在工程的早期階段，解決電磁干擾的途徑多，技術(shù)措施易行，花費的成本較少；到工程后期才發(fā)現干擾，再去采取措施，要受到各種制約，有的是木已成舟，無(wú)計可施。后期與前期相比，即使采取同樣的措施，費用將大大增加。
電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系如圖3：
?
圖3 電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系
4、電磁兼容性設計與分析
復雜系統必須考慮各種電和機械的接口、界面、各類(lèi)信息傳輸、結構、布局、技術(shù)狀態(tài)控制、系統配置等的電磁兼容性。在電路設計或功能設計中，不僅要追求高靈敏度、高速率、大功率，同時(shí)應考慮在保證基本功能的情況下的網(wǎng)絡(luò )鈍化、功能鈍化、回避處理、降額設計等，以降低電磁干擾的危害，保證系統穩定可靠的工作。
（1）用于EMC設計與分析的主要內容有：
? 分析系統所處的電磁環(huán)境，正確分析后選擇設計的主攻方向；
? 精心選擇產(chǎn)品所用的頻率；
? 制定電磁兼容性要求與控制計劃；
? 對設備及模塊、電路采取合理的電磁干擾抑制和防護技術(shù)；
? 電磁兼容設計的主要參數有：限額值、**裕度和費效比。
（2）實(shí)施電磁兼容性預測分析，實(shí)現系統EMC的方法：
? 解決問(wèn)題法：先建立系統，然后再設法解決安裝、調測、使用中出現的電磁干擾問(wèn)題。
? 規范法：在產(chǎn)品的功能和線(xiàn)路設計階段就按照預先建立的標準，滿(mǎn)足規定的極限值；
? 系統法：從合同招標、設計．制造、總裝到試驗，隨著(zhù)系統的研制進(jìn)程，不斷地進(jìn)行EMC預測分析和控制分配，及時(shí)、有效地解決干擾問(wèn)題。
5、 電磁兼容性設計的主要方法
關(guān)于電磁兼容性的設計是一門(mén)專(zhuān)業(yè)，也有很多的國家、行業(yè)標準可以參照，在此僅舉出我所產(chǎn)品中常用到的一些方法供參考。
（1）頻譜保障
根據性能和電磁兼容性要求，對各個(gè)分系統工作頻段或頻率進(jìn)行統一選取和分配，避免各頻率間的相互干擾，并盡量少占用頻譜。
（2）結構設計
系統產(chǎn)品在結構設計時(shí)應重點(diǎn)（但不限于）考慮如下內容：
? 設計選用的金屬、鑄件、表面涂層和附件的型別；
? 結構形式，如隔艙化結構，濾波器和與其他部件的隔離，開(kāi)口（通風(fēng)口、檢查口、窗口、艙口、儀表面板、控制軸等）所用的濾波型式和特性，所有內外接合表面上所用射頻密封墊的典型衰減特性；
? 屏蔽設計方法：注意屏蔽體接縫處的連接方式，要有足夠的重疊；屏蔽體的材料在機械加工之后應進(jìn)行退火處理，去掉應力；視磁場(chǎng)強度可采用雙層屏蔽；
? 要根據電磁場(chǎng)方向來(lái)確定元器件的位置和隔離措施；
? 腐蝕控制措施。
（3）電子、電氣布線(xiàn)、接地設計
? 信號中大量的干擾是信號之間通過(guò)電線(xiàn)、電源線(xiàn)產(chǎn)生的共模干擾。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常電源輸入端采用了EMC濾波器；
? 各種走線(xiàn)盡可能短、直、均勻、拐圓角或斜角；信號線(xiàn)與回流線(xiàn)盡量靠近；
? 機殼采用雙層屏蔽結構，高頻模塊和低頻模塊、高頻各模塊之間均隔離屏蔽；
? 電纜束的布置應避免形成回路狀走向；
? 為減少發(fā)射和降低敏感度而對電子、電氣線(xiàn)路的布線(xiàn)設計，電纜分隔屏蔽和敷設、接地原則等需要提出詳細說(shuō)明，并規定統一的方法。
（4） 電路電磁兼容設計
? 印制電路板采用雙面介質(zhì)板，高頻信號用微帶線(xiàn)；
? 數字信號和模擬信號分開(kāi)，減少耦合；
? 高頻信號多點(diǎn)就近接地到機殼上，電源地在信號**級放大器處和信號地相接，數字信號地直接接到數字芯片*近處；
? 在二次電源模塊前加入EMI電源濾波器以吸收外部對內和內部對外的電磁干擾。屏蔽盒內采用帶EMI吸收的濾波器穿心電容饋電；
? 地線(xiàn)要求：高頻信號屏蔽機殼雖然是信號地和二次電源輸出地但不作為電源載流回線(xiàn)，二次電源輸出端設計專(zhuān)用的電源回線(xiàn)；
? 接插件的連接方法采用雙點(diǎn)、雙線(xiàn)的連接方式。消除接插件接觸不佳引起的打火干擾。
（5） 工作頻點(diǎn)及工作模式設計
對電子設備工作頻點(diǎn)較多，頻率范圍較寬時(shí)，設計上要避免干擾頻率落在信號通帶內；對多個(gè)設備或系統工作時(shí)會(huì )互相產(chǎn)生干擾，而在設計上又無(wú)法避免的情況，可考慮利用分時(shí)工作模式設計。
6、 保證產(chǎn)品電磁兼容性應開(kāi)展的工作
根據項目研制的不同階段，電磁兼容性工作有不同的內容，大致包括：
（1） 論證階段
? 確定和分析預期的電磁環(huán)境；
? 提出電磁兼容性的一般要求；
? 分析方案的費用、風(fēng)險、對既定任務(wù)的影響；
? 研究系統頻譜、頻率分配與利用的合理性；
（2） 方案階段
? 制訂電磁兼容性大綱、控制計劃；
? 成立電磁兼容性相關(guān)組織管理機構或技術(shù)組，落實(shí)責任；
? 制定、選用、剪裁適用的標準及規范；
? 確定系統．分系統、設備的電磁兼容性要求；
? 確定頻譜和頻率分配，編制頻率使用管理文件；
? 確定驗證要求、試驗計劃；
? 電磁兼容性階段評審。
（3） 工程研制階段
? 實(shí)施電磁兼容性控制計劃，功能設計中進(jìn)行電磁兼容性設計；
? 進(jìn)行電磁兼容性模擬、考核試驗，驗證符合性，改進(jìn)電磁兼容性設計，提交試驗報告；
? 評審電磁兼容性設計更改及對工程的影響；
? 確定工藝和安裝中的電磁兼容性；
? 確定使用和維修中的電磁兼容性要求；
? 電磁兼容性階段評審。
（4）定型階段
? 進(jìn)行電磁兼容性定型鑒定試驗；
? 審查電磁兼容性文件的完整性、符合性；
? 提交電磁兼容性綜合評價(jià)報告。
高度重視產(chǎn)品的電磁兼容性工作，在產(chǎn)品研制的各階段將電磁兼容性工作做到位，更好地提高產(chǎn)品的六性水平，保證產(chǎn)品的有效應用及裝備。
1、 電磁兼容性是什么？
定義：electromagnetic compatibility（EMC）
設備（分系統、系統）在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài)。
即：該設備不會(huì )由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設備的電磁發(fā)射干擾導致或遭受不允許的降級；它也不會(huì )使同一電磁環(huán)境中其它設備（分系統、系統），因受其電磁發(fā)射干擾而導致或遭受不允許的降級。
2、形成電磁干擾的要素
形成電磁干擾，下列三個(gè)因素必須同時(shí)存在。
（1）釋放電磁能量的源（干擾源）；
（2）對源的電磁能量產(chǎn)生不正常響應的敏感器（受擾器）；
（3）能夠把電磁能量從源耦合到敏感器的通路。（傳播途徑）。
這三者之間的關(guān)系如圖1所示：
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圖1 產(chǎn)生電磁干擾的三要素
3、電磁兼容性對產(chǎn)品（系統）的影響
（1）對效能的影響：
? 性能降低或失效，發(fā)射功率不足，方向圖畸變，造成產(chǎn)品不能完成預定的任務(wù)；
? 引起失效模式，降低產(chǎn)品的可靠性；
? 影響元器件或設備的工作壽命。
EMC對產(chǎn)品效能的影響范圍見(jiàn)圖2。
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圖2 EMC影響產(chǎn)品效能的范圍
（2）對精度的影響
由于對電磁環(huán)境預計不當或EMC設計不當，系統內設備產(chǎn)生附加的電磁干擾和外部電磁干擾源產(chǎn)生的電磁發(fā)射，使系統內的關(guān)鍵設備關(guān)鍵電路對電磁發(fā)射敏感，致使系統精度降低。例如，通訊信噪比下降、靈敏度降低、制導控制失靈等。
（3）對**性的影響
系統上使用了大量的大規模集成電路和低電平數字電子設備，當電磁干擾超過(guò)敏感閾值和**系數時(shí)，會(huì )損壞敏感電路，引起錯誤顯示和響應、火工品誤爆，影響人員的**。
（4）對可靠性的影響
電磁干擾可能使電子元器件長(cháng)久性失效，敏感設備功能下降或產(chǎn)生故障模式。電磁干擾使設備的失效率增加，系統完成規定功能的概率降低，縮短平均故障間隔時(shí)間（MTBF），增加維修時(shí)間和費用。在做可靠性預計分析時(shí)應考慮電磁干擾引起的故障模式。
（5）電磁兼容性效/費權衡
在工程的早期階段，解決電磁干擾的途徑多，技術(shù)措施易行，花費的成本較少；到工程后期才發(fā)現干擾，再去采取措施，要受到各種制約，有的是木已成舟，無(wú)計可施。后期與前期相比，即使采取同樣的措施，費用將大大增加。
電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系如圖3：
?
圖3 電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系
4、電磁兼容性設計與分析
復雜系統必須考慮各種電和機械的接口、界面、各類(lèi)信息傳輸、結構、布局、技術(shù)狀態(tài)控制、系統配置等的電磁兼容性。在電路設計或功能設計中，不僅要追求高靈敏度、高速率、大功率，同時(shí)應考慮在保證基本功能的情況下的網(wǎng)絡(luò )鈍化、功能鈍化、回避處理、降額設計等，以降低電磁干擾的危害，保證系統穩定可靠的工作。
（1）用于EMC設計與分析的主要內容有：
? 分析系統所處的電磁環(huán)境，正確分析后選擇設計的主攻方向；
? 精心選擇產(chǎn)品所用的頻率；
? 制定電磁兼容性要求與控制計劃；
? 對設備及模塊、電路采取合理的電磁干擾抑制和防護技術(shù)；
? 電磁兼容設計的主要參數有：限額值、**裕度和費效比。
（2）實(shí)施電磁兼容性預測分析，實(shí)現系統EMC的方法：
? 解決問(wèn)題法：先建立系統，然后再設法解決安裝、調測、使用中出現的電磁干擾問(wèn)題。
? 規范法：在產(chǎn)品的功能和線(xiàn)路設計階段就按照預先建立的標準，滿(mǎn)足規定的極限值；
? 系統法：從合同招標、設計．制造、總裝到試驗，隨著(zhù)系統的研制進(jìn)程，不斷地進(jìn)行EMC預測分析和控制分配，及時(shí)、有效地解決干擾問(wèn)題。
5、 電磁兼容性設計的主要方法
關(guān)于電磁兼容性的設計是一門(mén)專(zhuān)業(yè)，也有很多的國家、行業(yè)標準可以參照，在此僅舉出我所產(chǎn)品中常用到的一些方法供參考。
（1）頻譜保障
根據性能和電磁兼容性要求，對各個(gè)分系統工作頻段或頻率進(jìn)行統一選取和分配，避免各頻率間的相互干擾，并盡量少占用頻譜。
（2）結構設計
系統產(chǎn)品在結構設計時(shí)應重點(diǎn)（但不限于）考慮如下內容：
? 設計選用的金屬、鑄件、表面涂層和附件的型別；
? 結構形式，如隔艙化結構，濾波器和與其他部件的隔離，開(kāi)口（通風(fēng)口、檢查口、窗口、艙口、儀表面板、控制軸等）所用的濾波型式和特性，所有內外接合表面上所用射頻密封墊的典型衰減特性；
? 屏蔽設計方法：注意屏蔽體接縫處的連接方式，要有足夠的重疊；屏蔽體的材料在機械加工之后應進(jìn)行退火處理，去掉應力；視磁場(chǎng)強度可采用雙層屏蔽；
? 要根據電磁場(chǎng)方向來(lái)確定元器件的位置和隔離措施；
? 腐蝕控制措施。
（3）電子、電氣布線(xiàn)、接地設計
? 信號中大量的干擾是信號之間通過(guò)電線(xiàn)、電源線(xiàn)產(chǎn)生的共模干擾。為解決這個(gè)問(wèn)題，通常電源輸入端采用了EMC濾波器；
? 各種走線(xiàn)盡可能短、直、均勻、拐圓角或斜角；信號線(xiàn)與回流線(xiàn)盡量靠近；
? 機殼采用雙層屏蔽結構，高頻模塊和低頻模塊、高頻各模塊之間均隔離屏蔽；
? 電纜束的布置應避免形成回路狀走向；
? 為減少發(fā)射和降低敏感度而對電子、電氣線(xiàn)路的布線(xiàn)設計，電纜分隔屏蔽和敷設、接地原則等需要提出詳細說(shuō)明，并規定統一的方法。
（4） 電路電磁兼容設計
? 印制電路板采用雙面介質(zhì)板，高頻信號用微帶線(xiàn)；
? 數字信號和模擬信號分開(kāi)，減少耦合；
? 高頻信號多點(diǎn)就近接地到機殼上，電源地在信號**級放大器處和信號地相接，數字信號地直接接到數字芯片*近處；
? 在二次電源模塊前加入EMI電源濾波器以吸收外部對內和內部對外的電磁干擾。屏蔽盒內采用帶EMI吸收的濾波器穿心電容饋電；
? 地線(xiàn)要求：高頻信號屏蔽機殼雖然是信號地和二次電源輸出地但不作為電源載流回線(xiàn)，二次電源輸出端設計專(zhuān)用的電源回線(xiàn)；
? 接插件的連接方法采用雙點(diǎn)、雙線(xiàn)的連接方式。消除接插件接觸不佳引起的打火干擾。
（5） 工作頻點(diǎn)及工作模式設計
對電子設備工作頻點(diǎn)較多，頻率范圍較寬時(shí)，設計上要避免干擾頻率落在信號通帶內；對多個(gè)設備或系統工作時(shí)會(huì )互相產(chǎn)生干擾，而在設計上又無(wú)法避免的情況，可考慮利用分時(shí)工作模式設計。
6、 保證產(chǎn)品電磁兼容性應開(kāi)展的工作
根據項目研制的不同階段，電磁兼容性工作有不同的內容，大致包括：
（1） 論證階段
? 確定和分析預期的電磁環(huán)境；
? 提出電磁兼容性的一般要求；
? 分析方案的費用、風(fēng)險、對既定任務(wù)的影響；
? 研究系統頻譜、頻率分配與利用的合理性；
（2） 方案階段
? 制訂電磁兼容性大綱、控制計劃；
? 成立電磁兼容性相關(guān)組織管理機構或技術(shù)組，落實(shí)責任；
? 制定、選用、剪裁適用的標準及規范；
? 確定系統．分系統、設備的電磁兼容性要求；
? 確定頻譜和頻率分配，編制頻率使用管理文件；
? 確定驗證要求、試驗計劃；
? 電磁兼容性階段評審。
（3） 工程研制階段
? 實(shí)施電磁兼容性控制計劃，功能設計中進(jìn)行電磁兼容性設計；
? 進(jìn)行電磁兼容性模擬、考核試驗，驗證符合性，改進(jìn)電磁兼容性設計，提交試驗報告；
? 評審電磁兼容性設計更改及對工程的影響；
? 確定工藝和安裝中的電磁兼容性；
? 確定使用和維修中的電磁兼容性要求；
? 電磁兼容性階段評審。
（4）定型階段
? 進(jìn)行電磁兼容性定型鑒定試驗；
? 審查電磁兼容性文件的完整性、符合性；
? 提交電磁兼容性綜合評價(jià)報告。
高度重視產(chǎn)品的電磁兼容性工作，在產(chǎn)品研制的各階段將電磁兼容性工作做到位，更好地提高產(chǎn)品的六性水平，保證產(chǎn)品的有效應用及裝備。
