電子產(chǎn)品電磁兼容設計要素分析及測試方法研究

北方自動控制技術研究所 梁 曉 張春年 畢 玉 樊曉冬 高文斌

伴隨科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品的使用已經(jīng)涉及到了人們生活的多個方面，在方便了人的生活的同時但也使得電磁環(huán)境變得更加復雜，人們在使用中會偶爾出現(xiàn)這樣那樣的問題，為了提升電子產(chǎn)品的性能、提高人們的體驗，電子產(chǎn)品的設計者也在不斷的改進產(chǎn)品，讓其在復雜的電磁環(huán)境中有更好地適應能力。而電子產(chǎn)品的研究設計中它的電磁兼容性是個無可避免的問題。為了實現(xiàn)電子產(chǎn)品的電磁兼容，使電子產(chǎn)品達到相關標準，本文針對電磁兼容設計進行了簡要的分析，對其設計要素和測試方式進行了研究。

1.電磁兼容定義其重要性

1.1 電磁兼容概念

電磁兼容，就是指電子產(chǎn)品在使用的環(huán)境中能夠正常運轉(zhuǎn)的同時不干擾其他電子，具體來說就是一方面電子產(chǎn)品在工作運行期間產(chǎn)生的電磁干擾不足以影響別的電子設備的正常運行，不會對其他電子設備造成損害或保證這一損害在一定的可接受的區(qū)間內(nèi)，另一方面電子，電子產(chǎn)品應當具備一定的抗干擾性，能夠隔絕使用環(huán)境中其他電子設備的電磁干擾，或是讓這種干擾不能影響到電子產(chǎn)品自身的正常運行。

電磁兼容的主要研究的就是電磁干擾?？梢苑譃閮深悾嚎垢蓴_技術和電磁輻射控制。電磁兼容在研究設計的過程中主要考慮到電磁環(huán)境的評價、EMI耦合路徑、抗干擾技術、電磁頻譜利用和管理、電磁場生態(tài)環(huán)境。

1.2 電磁兼容的重要性

隨著科學技術的發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的電磁兼容也有了更多的認識，也越來越重視電磁兼容的設計和測試方面的研究。當今電子產(chǎn)品的電磁兼容不僅是針對產(chǎn)品本身內(nèi)部的結(jié)構(gòu)更加小巧、復雜，還包括了對周邊干擾、輻射方的影響，比如，在某些電子產(chǎn)品使用中引發(fā)起爆裝置從而發(fā)生了爆炸威脅了生命財產(chǎn)的安全，還有一些電磁干擾使得廣播無法正常接收、數(shù)據(jù)傳播的中斷和丟失等現(xiàn)象，甚至有些電磁干擾或輻射會對生命體產(chǎn)生一定的影響。因而，研究電磁兼容對于電子產(chǎn)品來說顯得尤為重要。當前電磁兼容涵蓋到的頻率范圍從0到400GHz，幾乎囊括了人們工作生活所需的各個方面。通過對電磁兼容的進一步研究，首先可以制定出相關行業(yè)的電子兼容標準，促進電子產(chǎn)品健康可持續(xù)的發(fā)展；其次可以提升產(chǎn)品的可靠性和安全性，不干擾其他設備的正常工作；第三，電子兼容作為電子產(chǎn)品的重要標準，關系產(chǎn)品的質(zhì)量如何以及是否達標，是電子產(chǎn)品進入市場所必須經(jīng)受檢驗，為了提高電子產(chǎn)品的市場占有，就必須對電磁兼容進行深入的研究；第四，加強產(chǎn)品的電磁兼容研究可以有效的避免產(chǎn)品在后期出現(xiàn)不兼容的問題，降低后期出現(xiàn)不兼容現(xiàn)象的相關費用，也使得系統(tǒng)風險得到有效的降低；第五，電磁現(xiàn)象是一個無法避免的問題，也與人類現(xiàn)代生活是密切相關的，如何降低電磁環(huán)境對人體的潛在影響也是電磁兼容所研究的重要意義之所在。

2.電子產(chǎn)品兼容設計要素

電子產(chǎn)品的電磁兼容設計的目的是力求設計出來的產(chǎn)品可以在共存的電磁環(huán)境中正常工作，互不影響。首先要依據(jù)相關標準，把電磁兼容指標分為產(chǎn)品級別的、模塊級別的、電路級別的、元件級別的指標要求，然后，根據(jù)實際產(chǎn)品需要逐級進行設計。

2.1 電子產(chǎn)品兼容設計應遵循的原則

為了改善電子產(chǎn)品的兼容性能，在電磁兼容設計中通常要遵循以下幾項原則：一是電磁兼容要以產(chǎn)品為核心，既要保證電子產(chǎn)品的電磁兼容復合國家標準，又要滿足產(chǎn)品的基本要求，使得設計的產(chǎn)品符合系統(tǒng)的相關技術指標。二是電磁兼容設計要進行加固設計，不能把電磁兼容準則教條化，要依據(jù)產(chǎn)品特點進行加固，確保產(chǎn)品可以穩(wěn)定的運行，在設計的時就要留有設計余量，確?？煽?。三是兼顧經(jīng)濟因素，為達到統(tǒng)一的兼容目標，電子兼容的設計參數(shù)是靈活的，選擇的手段也是多樣化的，設計者要從整體出發(fā)考慮到經(jīng)濟成本因素。四是考慮到電子產(chǎn)品內(nèi)部干擾，抑制產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生寄生耦合公共電抗的寄生參數(shù)，在同一電磁空間秉持強弱電分開、不同頻率的傳輸線分開的原則。五是產(chǎn)品在強磁場的地線不可以形成閉合回路，避免環(huán)路電流干擾。六是電路的電磁干擾一般較難消除，可以考慮降低噪聲強度，或進行小范圍屏蔽，使其不致形成干擾。

2.2 設計要素分析

電子產(chǎn)品的電磁兼容設計要素主要包括耦合通道的抑制、空間分離、時間分隔、頻率管理、電氣隔離等。其中，耦合通道抑制可以通過屏蔽技術、濾波技術、 布線、搭接、接地來實現(xiàn)；空間分離可以從地點、地形的控制管理以及電場矢量方向進行控制；時間分隔可以通過雷達脈沖同步、主動和被動的時間分離來實現(xiàn)；頻率的管理主要包括了頻率的管理和調(diào)制、數(shù)字和光電的傳輸以及濾波；電氣隔離主要是進行變壓器的隔離、光電的隔離、DCDC變換、繼電器的隔離等。

3.電磁兼容測試技術

電子產(chǎn)品的電磁兼容設計與其電磁兼容的測試是相輔相成的，緊密聯(lián)系的，只有通過了電磁兼容的測試才能真正確保電子產(chǎn)品的性能的可靠，才能保證電磁兼容達到設計標準。通過電磁兼容測試技術，才能讓電子產(chǎn)品的電子兼容技術得到認可，才能在確保自身不受周圍電磁干擾環(huán)境的影響正常運行的同時，周圍的其他電子設備不受其電磁干擾從而導致其他電子設備無法正常使用。電磁兼容測試技術的運用不僅可以方便我國的電子產(chǎn)品與國際接軌，走向世界，還可以確保人身和材料的安全，特別是在醫(yī)療器械和電爆裝置中的運用。

3.1 電磁兼容測試分類

對電子產(chǎn)品進行電磁兼容測試方法主要包括了兩方面，一是電磁騷擾測試，二是電磁抗擾度測試。這兩個方面的測試又包括輻射和傳到兩個方向的測試，具體的測試內(nèi)容需要根據(jù)產(chǎn)品特點進行決定，通常考量產(chǎn)品電磁干擾發(fā)射情況要參考電磁騷擾測試的結(jié)果，考量產(chǎn)品的敏感度要依據(jù)電磁抗擾度測量。

3.2 電磁騷擾測試

電磁騷擾測試可以分為傳導騷擾發(fā)射測量和輻射騷擾發(fā)射測量。對產(chǎn)品的電源線、控制線和信號線主要進行的是傳導發(fā)射測試；對殼體、外殼、天線的輻射發(fā)射主要進行的是輻射騷擾發(fā)射測量。電磁騷擾測試中，主要針對的是產(chǎn)品的電子元器件、系統(tǒng)及設備在不同的電磁環(huán)境下，傳導的發(fā)射量和輻射的發(fā)射量。根據(jù)電磁兼容相關標準來判定測量的結(jié)果是否符合標準，對于不符合的產(chǎn)品要進行整改，直到其符合相關標準。

3.3 抗擾度測試

對電子產(chǎn)品進行電磁騷擾發(fā)射測量，這個相對來說比較簡單直接，將電子產(chǎn)品放到規(guī)范的測試環(huán)境當中，進行規(guī)范的測量就可以知道騷擾發(fā)射量的強度。相比而言，抗擾度的測試就要復雜一些，不僅需要達到一定標準的測試環(huán)境，還要施加標準的干擾信號，還包括測試時要用到的有用的實驗信號和無用的實驗型號。在進行抗擾度測試的過程中，針對性能下降的測試需要主觀來評定，也需要客觀的電流、電壓等信號確定平底結(jié)果，針對限制的測量需要限制電平測量而非實際抗擾度電平。

綜上所述，在進行電子產(chǎn)品的電磁兼容設計時，要考慮多方面的因素，包括產(chǎn)品自身的性能和抗干擾能力，也包括其輻射的程度。而與電磁兼容設計密切相關的電磁兼容測試，不僅可以幫助設計者促進產(chǎn)品的更新和改進，也可以幫助產(chǎn)品的性能得到提升，也使得電子產(chǎn)品在設計和生產(chǎn)上的技術得到進一步提高。隨著時代的發(fā)展，相信人們對電子兼容的研究會更進一步，對電子產(chǎn)品的設計也更加安全、可靠。