隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)已朝著高速度、高靈敏度、高集成和多功能方向發(fā)展,而高速和高集成會(huì)使系統(tǒng)的輻射加重,低壓和高靈敏度會(huì)使系統(tǒng)的抗干擾程度降低。因此,電磁環(huán)境的干擾和系統(tǒng)內(nèi)部的相互竄擾,嚴(yán)重地威脅著計(jì)算機(jī)和電子設(shè)備的工作的穩(wěn)定性和可靠性。如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的死機(jī)與電子設(shè)備(如通訊設(shè)備)及自控儀表的工作失靈與誤動(dòng)作就是例證。
上述簡(jiǎn)單的實(shí)例,都是常見的、在同一電磁環(huán)境中的電子設(shè)備相互造成干擾而不能正常工作的現(xiàn)象,也是我們安防系統(tǒng)造成電子設(shè)備有時(shí)出現(xiàn)的設(shè)備失靈與死機(jī)的故障現(xiàn)象的原因。要解決這些問題,即如何在同一電磁環(huán)境下,使各種電子設(shè)備與系統(tǒng)都能互不干擾地正常穩(wěn)定地工作,即達(dá)到一種互相兼容的狀態(tài),這就是我們所要研究的安全技術(shù)防范系統(tǒng)電子設(shè)備的電磁兼容性。
電磁兼容性的含義及其發(fā)展
電磁兼容性的含義
電磁兼容性的英文名稱為Electro-Magnetic Compatibility,簡(jiǎn)稱EMC。對(duì)于EMC這一概念,作為一門學(xué)科可譯為“電磁兼容”,如作為一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容能力,可稱為“電磁兼容性”。由于現(xiàn)今社會(huì)的電磁干擾源的大量存在,因而電磁干擾現(xiàn)象會(huì)經(jīng)常發(fā)生。如果在一個(gè)系統(tǒng)中,各種用電設(shè)備均能和諧正常地工作,而不相互發(fā)生電磁干擾造成性能降低和損壞的話,就可稱這個(gè)系統(tǒng)中的用電設(shè)備是相互兼容的。因此,為使系統(tǒng)達(dá)到電磁兼容,必須以系統(tǒng)的電磁環(huán)境為依據(jù),要求每個(gè)用電設(shè)備不產(chǎn)生超過一定限度的電磁發(fā)射,并具有一定的抗干擾能力。只有對(duì)每一個(gè)電子設(shè)備作這兩方面的約束,才能保證系統(tǒng)達(dá)到完全兼容。
所以,國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB72-85“電磁兼容干擾和電磁兼容性名詞術(shù)語”第5.10條對(duì)電磁兼容性含義作出了科學(xué)而完整的定義:“設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中,能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài),即該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級(jí);它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降級(jí),這種共存狀態(tài)就被稱為是電磁兼容性(EMC)”。
在中國,對(duì)EMC的理論和技術(shù)的研究起步較晚,到80年代之后才組織系統(tǒng)地研究,并陸續(xù)頒布了一些EMC設(shè)計(jì)要求、測(cè)試方法等國家級(jí)和行業(yè)級(jí)的EMC標(biāo)準(zhǔn),但具體的設(shè)計(jì)規(guī)范仍很缺乏。
自90年代以后,隨著國民經(jīng)濟(jì)和高科技產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,在航空、航天、通訊、電子等部門,EMC受到格外的重視。但由于我們?cè)陂L期的工作中的組織管理沒有投入足夠的人力物力做深入的研究,使得有些經(jīng)驗(yàn)不能很好地積累、提高和推廣,形成不了設(shè)計(jì)規(guī)范,EMC設(shè)計(jì)多是在低水平上的重復(fù)。
近幾年來,我國在EMC方面已有了長足的進(jìn)展,中國電子學(xué)會(huì)也成立了電磁兼容分會(huì),到2005年已召開了第15次全國電磁兼容學(xué)術(shù)交流會(huì),并開展了國際間的EMC交流與展覽,開設(shè)了中國電磁兼容網(wǎng)(WWW.EMCchina.org),并開辦了EMC測(cè)試工程師培訓(xùn)班,大大地推進(jìn)了國內(nèi)的EMC工作。[nextpage]
安防系統(tǒng)電子設(shè)備的電磁兼容性現(xiàn)狀
安全技術(shù)防范系統(tǒng)通常由前端設(shè)備、傳輸信號(hào)設(shè)備、控制設(shè)備與終端設(shè)備組成。而組成系統(tǒng)的各個(gè)部分幾乎都離不開電子器件或電子設(shè)備,因此不能忽視電磁兼容性問題。安防系統(tǒng)的電子設(shè)備與其它常規(guī)的電子設(shè)備相比,又常常被認(rèn)為具有較高的重要地位,所以安防電子設(shè)備的生產(chǎn)與研發(fā)設(shè)計(jì),常常忽視自身對(duì)外界產(chǎn)生的電磁騷擾性,僅注意自身的電磁抗擾性。就是在電磁抗擾性方面,雖然采用GB/T17626-1998電磁兼容性抗擾性試驗(yàn)方法的系列標(biāo)準(zhǔn),而電子設(shè)備的制造商為了使產(chǎn)品能夠順利通過抗擾性試驗(yàn),往往將實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)確定為較低的級(jí)別。雖然產(chǎn)品的抗擾性試驗(yàn)?zāi)茼樌ㄟ^,但卻給安防系統(tǒng)留下了安全隱患。
在電磁騷擾性方面,安防系統(tǒng)的電子器件或電子設(shè)備很少進(jìn)行電磁騷擾性方面的測(cè)試試驗(yàn),尤其是電磁輻射騷擾性方面的測(cè)試試驗(yàn)。當(dāng)前我國已將電磁兼容與環(huán)境保護(hù)融為一體,正在努力營造一個(gè)清凈的電磁環(huán)境,要求電子器件與電子設(shè)備必須滿足電磁兼容性,并己列入國家強(qiáng)制執(zhí)行的范疇。因此,安防系統(tǒng)的電子設(shè)備的這種狀況必須盡快改變。
2004年,國家建設(shè)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了GB 50348“安全防范工程技術(shù)規(guī)范”,并自2004年12月1日開始實(shí)施。在這部規(guī)范中,在安防工程的設(shè)計(jì)方面首次提出了安全性與電磁兼容性的設(shè)計(jì)要求。但遺憾的是,整部規(guī)范中仍然只注重了電磁抗擾性方面的技術(shù)要求,而沒有涉及到電磁騷擾性方面的技術(shù)要求。
安全技術(shù)防范系統(tǒng)的電磁兼容性,一方面是安全技術(shù)防范系統(tǒng)工程的電磁兼容性,另一方面是工程中所使用的電子器件或電子設(shè)備的電磁兼容性。而電子器件或電子設(shè)備的電磁兼容性,是保障整個(gè)安全技術(shù)防范系統(tǒng)工程的電磁兼容性的必要條件。目前,安全技術(shù)防范系統(tǒng)的電子器件或電子設(shè)備,在電磁抗擾性方面基本上能滿足EMC的要求,但在電磁騷擾性方面未達(dá)到EMC的要求。在參考文獻(xiàn)53中,作者將視頻監(jiān)控主機(jī)和可視對(duì)講主機(jī)分別作了電磁輻射傳導(dǎo)騷擾和電磁輻射發(fā)射騷擾的測(cè)試試驗(yàn),結(jié)果證實(shí)其電磁騷擾性指標(biāo)非常糟糕,顯然這是一種潛在的安全隱患。
電子系統(tǒng)或設(shè)備的電磁兼容性是衡量系統(tǒng)或設(shè)備自身電磁抗擾性和電磁騷擾性的一種綜合性指標(biāo)。要想提高安防系統(tǒng)的這種EMC技術(shù)指標(biāo),必須在系統(tǒng)或設(shè)備的功能設(shè)計(jì)階段就同時(shí)進(jìn)行EMC的設(shè)計(jì),只有這樣才能收到事半功倍的效果。因此,安防系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)商在注重設(shè)備自身電磁抗擾性的同時(shí),還必須要注重電磁騷擾性指標(biāo)。如果電磁騷擾出現(xiàn),不僅會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)的干擾,而且還會(huì)造成系統(tǒng)之間的互相干擾,從而導(dǎo)致系統(tǒng)之間在同一電磁環(huán)境中不能相互兼容,顯然這是現(xiàn)代信息社會(huì)不能容許的。
電磁兼容性的設(shè)計(jì)內(nèi)容與要點(diǎn)
EMC設(shè)計(jì)的目的
當(dāng)前,EMC是電子設(shè)備或系統(tǒng)本身所具有的主要性能之一,所以EMC設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)定的功能,使產(chǎn)品效能得以充分發(fā)揮的重要保證。說得確切一點(diǎn),EMC設(shè)計(jì)的目的是使產(chǎn)品在預(yù)期的電磁環(huán)境中能正常工作,即產(chǎn)品無性能降低或故障,并具有對(duì)電磁環(huán)境中的任何事物不構(gòu)成電磁騷擾的能力。因此,EMC設(shè)計(jì)已成為任何電子設(shè)備和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的一部分。即在進(jìn)行產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的同時(shí),必須進(jìn)行EMC設(shè)計(jì),這遠(yuǎn)比試圖使自己的產(chǎn)品達(dá)到EMC的其它方法更節(jié)約成本。
無數(shù)的實(shí)例證明,假定在產(chǎn)品的開發(fā)階段解決EMC問題所需費(fèi)用為1的話,等到定型再想辦法解決EMC則費(fèi)用將增加到10;如果到批量生產(chǎn)再解決EMC,費(fèi)用將增加到100;如果到用戶發(fā)現(xiàn)問題后才解決,費(fèi)用就可能達(dá)到1000。這說明,如果在產(chǎn)品開發(fā)階段同時(shí)進(jìn)行EMC設(shè)計(jì),就可以把90%的EMC問題解決在定型之前。那種不顧EMC,只按常規(guī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),最后發(fā)現(xiàn)問題再進(jìn)行補(bǔ)救的作法,不僅在技術(shù)上會(huì)造成問題,而且還會(huì)造成人力與財(cái)力的極大浪費(fèi)。所以,任何一種產(chǎn)品,盡早進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)是非常必要的。 [nextpage]
EMC設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要點(diǎn)
EMC設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容很多,但從原理上講,主要是從電磁干擾的三要素(電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備)著手采取抑制干擾的措施;從技術(shù)的角度講,就是綜合運(yùn)用好接地、屏蔽、濾波等技術(shù)。
1、抑制電磁騷擾源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
?盡量去掉對(duì)產(chǎn)品工作用處不大的潛在騷擾源,以減少騷擾源的個(gè)數(shù);
?限制騷擾源的電流與電壓的幅度及其變化率;
?適當(dāng)選擇元器件與線路的工作模式,使產(chǎn)品工作在特性曲線的線性段,以使諧波成分降低;
?限制騷擾源的頻率,即使對(duì)有用的電磁發(fā)射或信號(hào)輸出也需進(jìn)行功率限制和頻帶控制;
?合理選擇發(fā)射天線的類型和高度,不盲目追求覆蓋面積和信號(hào)強(qiáng)度;
?合理選擇數(shù)字信號(hào)的脈沖形狀,不盲目追求脈沖的上升速度和幅度;
?盡量控制電弧放電,要選用工作電平低的有觸點(diǎn)保護(hù)的開關(guān)或繼電器,以及加工精密的電機(jī);
?選用完善的良好的接地來抑制接地與地環(huán)路干擾和高頻噪聲。
2、抑制干擾耦合(即切斷干擾的耦合通道)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
?采用完整的電磁屏蔽以切斷空間干擾的耦合通道;
?采用合適的頻譜濾波以切斷線路傳導(dǎo)干擾的耦合通道;
?采用良好的接地以降低地線干擾的耦合通道;
?把攜帶電磁噪聲的元件和導(dǎo)線與連接敏感元件的連接線隔離;
?使攜帶高頻信號(hào)或噪聲的導(dǎo)線盡量短,必要時(shí)信號(hào)線用屏蔽線或加屏蔽套,以縮短干擾耦合;
?注意布線和結(jié)構(gòu)件的天線效應(yīng),對(duì)通過電場(chǎng)耦合的輻射騷擾要盡量減小電路的阻抗;對(duì)磁場(chǎng)耦合的輻射騷擾宜盡量增加電路的阻抗;
?采用電磁、光電、機(jī)械等隔離技術(shù)以切斷干擾的耦合通道。
3、提高敏感設(shè)備的抗干擾能力的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
?選用具有高抗干擾能力的元器件,盡量少用低電平器件,也不盲目選擇高速器件;
?去掉那些不十分需要的敏感部件,并適當(dāng)控制敏感部件的輸入靈敏度;
?限制電路的帶寬;
?采用完整的電磁屏幕、良好的接地、合適的去耦與濾波技術(shù);
總之,對(duì)于電磁騷擾源的各種防護(hù)措施,一般也適用于敏感設(shè)備。
EMC設(shè)計(jì)的方法與步驟
EMC設(shè)計(jì)的方法
目前,可行的EMC設(shè)計(jì)的方法主要有兩種:
1、規(guī)范法。這種方法是在產(chǎn)品開發(fā)階段根據(jù)EMC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。即將產(chǎn)品的EMC指標(biāo)要求分解成元器件級(jí)、電路級(jí)、模塊級(jí)和產(chǎn)品級(jí)的指標(biāo)要求,再按照各級(jí)要實(shí)現(xiàn)的功能要求,逐級(jí)分層次地進(jìn)行設(shè)計(jì),使產(chǎn)品可能出現(xiàn)的問題得到早期地解決??雌饋硪?guī)范法是按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),比較合理,但它的不足之處是可能引入過儲(chǔ)備的設(shè)計(jì)。
2、系統(tǒng)法。這是近幾年興起的一種設(shè)計(jì)方法,它是在產(chǎn)品的初始設(shè)計(jì)階段就對(duì)產(chǎn)品的每一個(gè)可能影響產(chǎn)品EMC的元器件、模塊及線路建立數(shù)字模型,然后利用計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)工具對(duì)其EMC進(jìn)行分析預(yù)測(cè)和控制指標(biāo)的分配,從而為整個(gè)產(chǎn)品的滿足要求打下良好的基礎(chǔ)。[nextpage]
這種方法集中了EMC方面的成就,能根據(jù)EMC的要求給出最優(yōu)的設(shè)計(jì)。因?yàn)樗谠囼?yàn)過程中對(duì)EMC進(jìn)行分析預(yù)測(cè),合理分配EMC指標(biāo),從而保證了系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)要求??傊?,無論是用何種方法進(jìn)行EMC設(shè)計(jì),其有效性都應(yīng)該是以最后產(chǎn)品或系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況或檢驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。
EMC設(shè)計(jì)的步驟
一般,一個(gè)產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)有一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)步驟:
第一步:優(yōu)秀的EMC設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)必須是良好的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)原則的應(yīng)用。這其中包含有系統(tǒng)可靠性、可維修性等考慮,可接受的容限內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的滿足,好的機(jī)械設(shè)計(jì)原則、組裝方法以及新的測(cè)試技術(shù)等;
第二步:在進(jìn)行產(chǎn)品的電路功能設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對(duì)欲選擇的各有源器件和電路進(jìn)行仔細(xì)分析與選擇。
如高速邏輯、時(shí)鐘、視頻電路和一些含有電接點(diǎn)的電器等都是潛在的電磁騷擾源,它們和微處理器、低電平模擬電路等也容易被騷擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作;組合邏輯電路、線性電源及功率放大器等則不易受騷擾的影響。
此外,較低的脈沖重復(fù)頻率和較慢的上升/下降沿,將降低數(shù)字電路產(chǎn)生的電磁騷擾。一般騷擾脈沖的強(qiáng)度超過一定的容限將使電路誤觸發(fā),而CMOS與HTL電路具有較高的噪聲容限,因而要優(yōu)先選用。
在對(duì)有源器件進(jìn)行篩選和對(duì)電子電路進(jìn)行改進(jìn)后,應(yīng)對(duì)騷擾源電路與易受騷擾影響的電路進(jìn)行分類和集中,以減小相互影響和便于采取防護(hù)措施。
第三步:PCB板的EMC設(shè)計(jì)。由于有源器件和電路均要安裝在PCB板上,所以PCB板的EMC設(shè)計(jì)也是非常重要的。一般,有源元件的位置、印制線的走線與粗細(xì)、阻抗的匹配、接地的設(shè)計(jì)以及電路的濾波與去耦等均應(yīng)在PCB的設(shè)計(jì)時(shí)加以考慮。此外,有些元件還需進(jìn)行屏蔽等。
一般,印制板按單點(diǎn)接地原則送電,模擬、數(shù)字、功率驅(qū)動(dòng)三區(qū)的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出,應(yīng)盡量減小印制板地線和電源線的引線電感,多層板比單面板好;
為減小印制板導(dǎo)線的輻射,要滿足20H(H為雙面板厚度)準(zhǔn)則,即元件面應(yīng)比接地面縮小20H寬度;
高頻高速電路要滿足2W(W為印制板導(dǎo)線寬度)準(zhǔn)則,即導(dǎo)線間距不小于2W,以減小串?dāng)_;
導(dǎo)線應(yīng)短、寬(電源線、地線盡量粗,信號(hào)線過孔盡量少)、均勻、直、需轉(zhuǎn)彎則采用45度角,以減小高頻信號(hào)的發(fā)射;
晶振與噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應(yīng)走其它信號(hào)線,時(shí)鐘與特殊高速邏輯電路用地線圈起來,讓周圍電場(chǎng)趨近于零,時(shí)鐘要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件,時(shí)鐘引線要盡量短,且要遠(yuǎn)離I/O線等。
第四步: 地線與內(nèi)部電纜的EMC設(shè)計(jì)。地線設(shè)計(jì)是重要的,也是難度最大的一項(xiàng)設(shè)計(jì),而內(nèi)部電纜又是用來連接PCB或其它內(nèi)部組件的,它們的走線方法和屏蔽的內(nèi)部電纜EMC設(shè)計(jì),對(duì)于系統(tǒng)整體的EMC來說,也是十分重要的。[nextpage]
理想的零阻抗、零電位的地線是不存在的,因此必須減小接地阻抗和電源饋線阻抗(一般要求接地電阻小于4歐姆),并要正確選擇接地方式和阻隔地環(huán)線。當(dāng)工作頻率小于1MHZ時(shí)采用單點(diǎn)接地;工作頻率高于30MHZ時(shí),采用多點(diǎn)接地;當(dāng)頻率介于1~30MHZ須用混合接地方式,接地線長度小于信號(hào)波長的1/20時(shí)用單點(diǎn)接地式,否則采用多點(diǎn)接地式。
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)柜、設(shè)備過多時(shí),可鋪設(shè)兩條互相并行并和系統(tǒng)外殼絕緣的半環(huán)形接地母線:一條為信號(hào)地母線,系統(tǒng)內(nèi)部各信號(hào)地就近接到信號(hào)地母線上;一條為屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線,系統(tǒng)內(nèi)各屏蔽地及機(jī)柜外殼地就近接到這條母線上。兩條半環(huán)形接地母線的中部靠近安全接地螺栓,屏蔽地及機(jī)柜外殼地母線以及動(dòng)力電源零線都接到安全接地螺栓上;信號(hào)地母線接到信號(hào)地螺栓上。安全接地螺栓通過接地線將接地極埋入注入鹽水的土壤中。信號(hào)地螺栓與安全地螺栓的連接有三種方法(取決于接地效果):一是不連接而成為浮地式;二是連接而成為單點(diǎn)接地式;三是通過一個(gè)3μF電容器連接而成為交流接地與直流浮地式。
系統(tǒng)內(nèi)部的電線電纜的走線連接也是重要的,因?yàn)榫€間耦合也是造成干擾的重要原因。將線纜按功率分類,不同分類的導(dǎo)線應(yīng)分別捆扎,分開敷設(shè)的線束間距應(yīng)為50~75mm。
減小干擾和敏感電路的環(huán)路面積的最好辦法是使用雙絞線和屏蔽線,非屏蔽雙絞線能防止磁感應(yīng),其屏蔽效果與單位長度的導(dǎo)線扭絞次數(shù)成正比;帶屏蔽雙絞線能消除公共阻抗的耦合,并使干擾的噪聲相消。無屏蔽的帶狀電纜的接線最好是安排信號(hào)線與地線相間,或一根地與二根信號(hào)線相間。從而起到線間隔離作用。弱信號(hào)引出線、高頻、大功率引出線要用屏蔽線,視頻信號(hào)最好使用同軸電纜。噪聲敏感線不要與高速線、大電流線平行,盡可能使干擾源線路與受感應(yīng)線路呈直角布線等。
第五步: 機(jī)殼的屏蔽和所有縫隙、穿孔和電纜通孔的EMC設(shè)計(jì)。屏蔽是提高產(chǎn)品EMC性能的重要措施之一,它能有效地抑制通過空間傳播的各種電磁干擾(即防止輻射干擾)。機(jī)殼應(yīng)采用金屬材料或在塑料外殼內(nèi)噴涂一層金屬膜作屏蔽層,它的屏蔽是通過屏蔽體的接地使電磁騷擾短路至地而起的屏蔽作用。
屏蔽體上的開孔(縫隙、穿孔和電纜通孔)主要注意開孔的方向,要盡可能使開孔縫隙的長邊平行于磁通流向,使磁路長度增加最少,進(jìn)出線孔、連接縫隙要足夠?。╠<λ/20),機(jī)箱的接縫處使用導(dǎo)電襯墊,通風(fēng)窗使用波導(dǎo)管等。
第六步: I/O接口導(dǎo)線或電纜以及電源線輸入口的EMC設(shè)計(jì)。實(shí)際上,外界電磁騷擾可通過連接到I/O接口的導(dǎo)線或電纜及電源輸入線傳導(dǎo)進(jìn)入屏蔽體內(nèi);而屏蔽內(nèi)部的電磁騷擾也可以耦合到連接I/O接口的導(dǎo)線或電纜以及電源線上,并產(chǎn)生騷擾電流造成對(duì)外面的傳導(dǎo)和輻射騷擾。
為了抑制這種騷擾電流的流入和流出,必須采用濾波技術(shù)(能防止傳導(dǎo)干擾),即在I/O接口和電源輸入口分別采用濾波器連接器或饋通濾波器。一般,屏蔽體上安裝的蜂窩狀通風(fēng)板是由截止波導(dǎo)管組成的高通濾波器,在面板上需要穿過可調(diào)器件的非金屬軸桿時(shí),也可將軸桿穿過截止波導(dǎo)管。用導(dǎo)電玻璃制成的屏蔽窗,也是一個(gè)高通濾波器。
各類濾波器都必需接地,這樣,它的共模旁路電容才能起作用。在安裝濾波器時(shí),還要利用屏蔽將輸入和輸出端完全隔離,才能發(fā)揮濾波器的抑制作用。產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)表面看起來復(fù)雜,不知從何下手,但如果按照這六個(gè)步驟的順序去考慮,則產(chǎn)品的EMC便不會(huì)有什么大問題。[nextpage]
EMC預(yù)測(cè)
EMC設(shè)計(jì)的好壞是要通過EMC測(cè)試來衡量的,因此只有在產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)和研制的全過程中進(jìn)行EMC的預(yù)測(cè)和評(píng)估,才能及早發(fā)現(xiàn)可能存在的EMI,并采取必要的防護(hù)或抑制措施來確保系統(tǒng)的EMC。前面所述的設(shè)計(jì)方法中的系統(tǒng)法就包含有對(duì)EMC的分析預(yù)測(cè),因而它是EMC設(shè)計(jì)中的最好的方法。
目前,EMC預(yù)測(cè)一般在三個(gè)級(jí)別上進(jìn)行:
1、第一個(gè)級(jí)別是芯片的EMC預(yù)測(cè)。傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)未考慮EMC,當(dāng)芯片工作在低頻或低速時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)明顯的EMC問題,但當(dāng)芯片工作在高頻時(shí),EMC問題就突出了?,F(xiàn)在美國和其他一些西方國家的半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)商都把EMC的設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)作為生產(chǎn)的第一個(gè)主要過程。
2、第二級(jí)別是部件的EMC預(yù)測(cè)。如印刷電路板、多芯線與驅(qū)動(dòng)器等電氣部件本身的以及部件與部件之間的EMC預(yù)測(cè)。美國IBM公司及其他一些西方公司均在作此EMC預(yù)測(cè)。以使他們的產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。
3、第三個(gè)級(jí)別是系統(tǒng)的EMC預(yù)測(cè)。如飛機(jī)、艦船與導(dǎo)彈等這樣的整個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備的EMC預(yù)測(cè)。這種分析預(yù)測(cè)的實(shí)用軟件,目前正是各國EMC專家們主攻的方向。
PCB的EMC/EMI模擬仿真的預(yù)測(cè)軟件包
從所周知,一塊PCB板上可能包括上百種來自于不同廠家、功能各異的電子元器件,設(shè)計(jì)者們要進(jìn)行EMC/EMI的分析預(yù)測(cè)就必須了解這些元器件的電氣特性之后才能具體模擬仿真。
IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一種通過測(cè)量或電路仿真得到的基于V/I曲線的I/O緩沖器的快速而精確描述電氣性能的模型。IBIS數(shù)據(jù)庫文件是一種文本文件,它是通過標(biāo)準(zhǔn)軟件格式生成的“行為”信息的描述,以說明IC的模擬電氣特性,它也是用實(shí)際測(cè)量得到V/I曲線的描述模型。大多數(shù)半導(dǎo)體廠商在自已的網(wǎng)絡(luò)上或產(chǎn)品的CD-ROM中發(fā)布有IC的IBIS數(shù)據(jù),因此設(shè)計(jì)者們可以將它們用于電路的模擬仿真中進(jìn)行EMC/EMI的分析預(yù)測(cè)。
德國INCASES公司,為設(shè)計(jì)者提供了EMC/EMI的模擬仿真分析預(yù)測(cè)的軟件包EMC-WORKBENCH,它能滿面足電路設(shè)計(jì)者們?cè)贓MC方面的迫切需求。利用這種軟件包,改進(jìn)了PCB設(shè)計(jì)的流程,簡(jiǎn)化了后期硬件調(diào)式中的許多繁雜的工作。由于有了EMC/EMI的模擬仿真的軟件包,使PCB的設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。
系統(tǒng)或設(shè)備的EMC預(yù)測(cè)的基本方程
設(shè)電磁騷擾源廣生的干擾信號(hào)為G(t,f,θ),其中t為時(shí)間;f為頻率;θ為方位角。則這個(gè)信號(hào)傳播到距離d的信號(hào)函數(shù)為G(t,f,θ)?H(t,f,θ,d),其中H(t,f, θ,d)為傳輸函數(shù)。若系統(tǒng)或設(shè)備的敏感度閾值為S(t,f,θ),則系統(tǒng)或設(shè)備受騷擾的程度E為:
E=G(t,f,θ)?H(t,f, θ,d)- S(t,f,θ)
這就是系統(tǒng)或設(shè)備的EMC預(yù)測(cè)的基本方程。這個(gè)方程說明:
如果E>0,說明系統(tǒng)或設(shè)備存在電磁騷擾,E越大,受到騷擾越大;
如果E=0,說明系統(tǒng)或設(shè)備處于臨界狀態(tài),有受到電磁騷擾的可能性;
當(dāng)E<0時(shí),說明電磁騷擾小于設(shè)備的敏感度閾值而不受干擾,因而系統(tǒng)或設(shè)備處于一種電磁兼容狀態(tài),即EMC性能好。
在這個(gè)方程基礎(chǔ)上,建立數(shù)字模型、編制軟件,即可進(jìn)行EMC分析預(yù)測(cè)。目前國內(nèi)已有單位根據(jù)此方程,利用EMC專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)建立一知識(shí)庫,正在著手編制推理軟件進(jìn)行EMC的分析預(yù)測(cè),相信不久,系統(tǒng)的EMC的預(yù)測(cè)是能得到很好地解決的。
雖然目前還沒有實(shí)用的EMC的分析預(yù)測(cè)軟件,但我們只要在一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段,注意選擇合理的元器件,優(yōu)化PCB板的線路布局,尤其使高頻連接線盡量短,接地電阻盡量小等。再加上注意采取適當(dāng)?shù)钠帘?、濾波和完善接地等技術(shù)措施,則所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的EMC,一般便不會(huì)存在大的問題。
結(jié)語
由上述可知,EMC在現(xiàn)代信息化社會(huì)的重要性。并且隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的越來越發(fā)展,EMC的地位也就越來越重要,因?yàn)橹灰须妷号c電流存在,就會(huì)有電場(chǎng)與磁場(chǎng)的存在,從而就要產(chǎn)生電磁干擾,并影響著人們的正常工作、生活與生存。因此,安全技術(shù)防范各部門都要對(duì)EMC予以充分地重視。