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连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法摘要在当前电磁频谱日趋密集、电磁功率密度急剧增加、设备大量混合使用的情况下,系统电磁环境日益恶化连接器和电缆作为系统__过程中不可缺少的一部分,影响着系统数据传输的速度和__传送的质量,电磁屏蔽的重要性更为突出文章主要阐述五种测试电磁屏蔽效果的方法,并分析它们各自的特点关键词电磁屏蔽;测试;连接器;电缆1引言 连接器和电缆是重要的电子元件,如果电磁屏蔽效果差,就会因为串扰、耦合等原因产生无用__或者噪声,最终影响系统性能的稳定和寿命等,因此对连接器和电缆屏蔽效果测试方法的研究尤为重要本文阐述五种电磁屏蔽效果的测试方法三同轴法、管中管法、吸收钳法、模式搅拌法和GTEM室法,并对它们进行对比2电磁屏蔽效果的测试方法2.1三同轴法2.1.1活塞可调节的三同轴法 图1为三同轴法的结构,工作原理是测试射频泄漏源四周的泄漏能量在测试过程中,被测连接器放置在终端接匹配负载的均匀传输线中构成完整的同轴系统,再放置在一个圆筒内,从而形成第二个同轴系统,其一端端接可调的短路活塞,而另一端则接圆锥形的过渡器,过渡器连接到匹配检波器调节短路活,使检波器示数最大然后,直接将检波器接至射频电源,测得保持检波器初始电平需要的衰减变化量,最后根据衰减量计算出接有被测件的装置的接人引起的总衰减量2.1.2活塞不可调节的三同轴法 图2也是一种三同轴法的结构,但是没有可调节的短路活塞通常外同轴线阻抗总是大于5012IEC规范中缺省值是15012,内、外系统问__传输速率相差10%由于内、外同轴线传输速率不同时会影响测试结果,因此要引入修正因数被测件特性阻抗通常为5011,引入的修正值为10l0g加2zs/R,z为外同轴线特性阻抗,R为△n见公式3 为了连接到标准接口,图2采用台阶的结构 无论是台阶还是锥度,由于径向尺寸变小,在频率不断增大时,传输中都会出现高次模,由于高次模的出现会影响电磁屏蔽测试结果,因此推荐测试频率低于外同轴线截止频率由于外同轴线截止频率低,IEC规范中规定上限频率为3GHz一4GHz三同轴系统理论上可以应用至12GHz当工作频率达到更高频率时,就可能产生高次模大多数文献资料只提到TE模,实际上尤其在交叉极化中,还会出现其他形式的高次模图3为三同轴线接电缆的仿真结果模型的外同轴线内径为23.241ram0.915英寸,阻抗为108Q,在低于7.5GHz的频率范围内,大多不会出现谐振在低于18GHz的频率范围内,出现三个高次模,通常是TE模增大传输线直径,当阻抗为12711时,出现10个高次模2.2管中管法 管中管法是三同轴法的延伸,用于测试有线电归一化值n视、数据传输网络的连接器件的屏蔽性能在GHz频段下,当前的屏蔽效果测试方法只能测试出转移阻抗,这是因为在低频工作状态下,没有达到连接器的截止频率,也就不能测试其屏蔽衰减在用管中管方法测试连接器时,连接器与电缆配接,延长了电长度,从而降低了截止频率低于100MHz,实现了在低频段测试屏蔽衰减的目的但是测得的是整个组件的衰减指标,如果用这种方法测试不接电缆的连接器是不合适的 如图4所示,被测连接器或者电缆的一端与连接电缆相连,并与密封套管连接在一起然后插入测试套管中,连接__发生器,__就通过电缆传输给被测件在被测件的另一端,通过匹配转接器连接了与被测器件相匹配的特性阻抗在测试过程中,从内部系统中的器件耦合到外部系统中的高频__能量在系统之间双向传输,在近端短路处被反射,这样在远端就可以测到两个电磁波的叠加__输人电压与远端测的电压的对数比率为屏蔽衰减指标2.3吸收钳法 用于测量被测设备通过电源线辐射的干扰功率对于带有电源线的设备,其干扰能力可以用起辐射天线作用的电源线所提供的能量来衡量该功率近似等于功率吸收钳环绕引线放置时能吸收到的最大功率除电源线外的其他引线也可能以与电源线同样的方式辐射能量,吸收钳也能对这些引线进行测量测量频段为30MHz一1GHz 如图5所示,在测试过程中将被测电缆一端接__源,另一端接匹配负载,在功率吸收钳的耦合端用频谱分析仪接收,然后将频谱分析仪接被测电缆另一端记下__源输出功率,记下被测电缆另一端频谱分析仪读数s功率吸收钳耦合端频谱分析仪读数s2.4模式搅拌法 虽然模式搅拌法设备昂贵,__处理过程复杂,但是由于它可以很方便地测试形状复杂的被测件,又可以应用至很高频率范围0.3GHz一40GHz,因此被广泛采用 在GJB1217—1991方法3008中规定的模式搅拌法只用于测量在1GHz一10CHz频率范围内多接触件连接器的屏蔽效果它利用一个屏蔽试验箱把试验样品暴露在人射电磁场中,典型的试验箱有两个天线标准天线和输入天线,标准天线用来测量箱体内__强度,输入天线用作__源,提供辐射__箱体内有一个搅拌器,它通过一个马达来旋转对于不连续采样的平均值系统,旋转模式搅拌器应采用有足够转矩的步进电动机;对于连续采样的平均值系统见图6,应采用一个可变速的连续旋转的马达搅拌器连续或者随机的旋转影响箱体边界条件箱体内各个方向的微波反射,形成各种模式的电磁波多个模式迭加的结果,使箱体内的电磁能量分布趋于均匀,便于准确地测试由于箱体的尺寸至少应为最低试验频率在自由空间波长的3倍,另外,试验样品与箱壁之间的最小距离至少为最低试验频率的1个波长,所以在设计时,要尽可能选择大体积的模式搅拌箱2.5GTEM室法 GTEM室是一个改进的TEM横电磁波室,它模拟自由空间环境,可用于测试零部件和模块的电磁辐射敏感度和干扰性它采用同轴及非对称矩形传输线设计原理,为避免内部电磁波的反射及产生高阶模和谐振,总体设计为尖劈形输人端口采用N型同轴接头,而后渐变至非对称矩形传输以减小结构突变引起的电波反射为使球面波从源输人端到负载不产生时间差和相位差,并具有良好的高低频特性,终端采用电阻式匹配网络与高性能吸波材料组成的复合负载结构根据一些参考资料可知GTEM室可以在高达18GHz的频率范围内处于良好的工作状态,然而目前在IEC的标准中,其最大测试频率仅为1000MHz,用这种测试EMI的方法需要建立数学模型及结合计算机软件进行数据处理2.5.1GTEM电磁辐射敏感度测试系统 如图7所示,在测试过程中首先将EUT被测装置及场探头置于GTEM小室内,确定测试频率及调制方式和调制度然后调整__源输出电平,通过场强仪监测GTEM小室的场强达到所需的强度重复以上步骤,观测确定EUT的电磁辐射敏感度2.5.2GTEM电磁辐射干扰测试系统 如图8所示,在测试过程中首先将EUT置于GTEM小室内,根据测量标准要求设置扫频范围和检波方法及分辨率带宽,然后记录接收机测出的EUT辐射干扰电平,最后进行计算和数据处理软件处理电磁兼容EMC综合设计控制对策|电磁干扰EMI对策|电磁兼容控制技术|EMC控制技术众所周知,屏蔽、滤波、合理接地合理布局等抑制干扰的措施都是很有效的,在工程实践中被广泛采用但是随着电子系统的集成化、综合化,以上措施的应用往往会与成本、质量、功能要求产生矛盾,必须权衡利弊研究出最合理的措施来满足电磁兼容性要求又如新的导电和屏蔽材料以及工艺方法的出现,使电磁兼容性控制技术又有了新的措施,可见电磁兼容控制技术始终是电磁兼容科学中最活跃的研究课题电磁干扰的控制策略 电磁兼容学科是在早期单纯的抗干扰方法基础上发展形成的,两者的目标都是为了使设备和系统达到在共存的环境中互不发生干涉,最大限度地发挥其工作效率但是早期的抗干扰方法和现代的电磁兼容技术在控制电磁干扰策略思想上有着本质的差别 单纯的抗干扰方法在抑制干扰的思想方法上比较简单,或者认识比较肤浅,主要的思路集中在怎样设法抑制干扰的传播上,因此工程技术人员处于极为被动的地位,那里有干扰就在哪里就事论事的给予解决,当然经验丰富的工程师也会采取预防措施,但这仅仅是根据经验局部的应用,解决问题的方法也是单纯的对抗式的措施 电磁兼容技术在控制干扰的策略上采取了主动预防、整体规划和“对抗”与“疏导”相结合的方针人类在征服大自然各种灾难性危害中,总结出的预防和救治、对抗和疏导等一系列策略,在控制电磁危害中同样是极其有效的思维方法 首先电磁兼容性控制是一项系统工程,应该在设备和系统设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都充分的予以考虑和实施才可能有效科学而先进的电磁兼容工程管理是有效控制技术的重要组成部分 在控制方法,除了采用众所周知的抑制干扰传播的技术,如屏蔽、接地、答接、合理布线等方法以外,还可以采取回避和疏导的技术处理,如空间方位分离、频率划分与回避、滤波、吸收和旁路等等,有时这些回避和疏导技术简单而巧妙,可以代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施,收到事半功倍的效果他们是精明的工程师们经常采用的控制方法 在解决电磁干扰问题的时机上,应该由设备研制后期暴露出不兼容问题而采取挽救修补措施的被动控制方法,转变成在设备设计初始阶段就开展预测分析和设计,预先检验计算,并全面规划实施细则和步骤,做到防患于未然把电磁兼容性设计和可靠性设计,维护性、维修性设计与产品的基本功能结构设计同时进行,并行开展电磁兼容控制技术是现代并行工程的组成内容之一 电磁兼容控制策略与控制技术方案可分为如下几类
1.传输通道抑制具体方法有滤波、屏蔽、搭接、接地、布线
2.空间分离地点位置控制、自然地形隔离、方位角控制、电场矢量方向控制
3.时间分隔时间共用准则、雷达脉冲同步、主动时间分隔、被动时间分隔
4.频率管理频率管制、滤波、频率调制、数字传输、光电转换
5.电气隔离变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、DC/DC变换电磁屏蔽技术 电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法 屏蔽一般分为两种类型一类是静电屏蔽,主要用于防治静电场和恒定磁场的影响,另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响 静电屏蔽应具有两个基本要点,即完善的屏蔽体和良好的接地 电磁屏蔽不但要求有良好的接地,而且要求屏蔽体具有良好的导电连续性,对屏蔽体的导电性要求要比静电屏蔽高得多 因而为了满足电磁兼容性要求,常常用高导电性的材料作为屏蔽材料,如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层 在实际的屏蔽中,电磁屏蔽效能更大程度上依赖于机箱的结构,即导电的连续性机箱上的接缝、开口等都是电磁波的泄漏源穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降的主要原因 解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料,它能够保持缝隙处的导电连续性常见的电磁密封衬垫有导电橡胶、双重导电橡胶、金属编织网套、螺旋管衬垫、定向金属导电橡胶等 机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离有关通过适当的设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能的要求 通风口可使用穿孔金属板,只要孔的直径足够小,就能够达到所要求的屏蔽效能当对通风量的要求高时,必须使用截止波导通风板(蜂窝板),否则不能兼顾屏蔽和通风量的要求如果对屏蔽要求不高,并且环境条件较好,可以使用铝箔制成的蜂窝板这种产品的__低,但强度差,容易损坏如果对屏蔽的要求高,或环境恶劣(如军用环境),则要使用铜制或钢制蜂窝板,这种产品各方面性能优越,但__高昂 诸如计算机显示屏等,即要满足视觉需要,又要满足防电磁泄漏要求通常在显示屏前加装高性能屏蔽视窗屏蔽机箱上绝不允许有导线直接穿过当导线必须穿过机箱时,一定要使用适当的滤波器,或对导线进行适当的屏蔽干扰抑制滤波技术 滤波技术的基本用途是选择__和抑制干扰,为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器通常按功用可把滤波器分为__选择滤波器和电磁干扰EMI滤波器两大类 __选择滤波器是以有效去除不需要的__分量,同时是对被选择__的幅度相位影响最小的滤波器 电磁干扰滤波器是以能够有效抑制电磁干扰为目标的滤波器电磁干扰滤波器常常又分为__线EMI滤波器、电源EMI滤波器、印刷电路板EMI滤波器、反射EMI滤波器、隔离EMI滤波器等几类 线路板上的导线是最有效的接收和辐射天线,由于导线的存在,往往会使线路板上产生过强的电磁辐射同时,这些导线又能接受外部的电磁干扰,使电路对干扰很敏感在导线上使用__滤波器是一个解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法脉冲__的高频成分很丰富,这些高频成分可以借助导线辐射,使线路板的辐射超标__滤波器的使用可使脉冲__的高频成分大大减少,由于高频__的辐射效率较高,这个高频成分的减少,线路板的辐射将大大改善 电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径通过电源线,电网上的干扰可以传入设备,干扰设备的正常工作同样,设备的干扰也可以通过电源线传到电网上,对网上其它设备造成干扰为了防止这两种情况的发生,必须在设备的电源入口处__一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的工作频率50Hz60Hz400Hz通过,而对较高频率的干扰有很大的损耗,由于这个滤波器专门用于设备电源线上,所以称为电源线滤波器 电源线上的干扰电路以两种形式出现一种是在火线零线回路中,其干扰被称为差模干扰另一种是在和火线、零线与地线和大地的回路中,称为共模干扰通常200Hz以下时,差模干扰成分占主要部分1MHz以上时,共模干扰成分占主要成分电源滤波器对差模干扰和共模干扰都有抑制作用,但由于电路结构不同,对差模干扰和共模干扰的抑制效果不一样所以滤波器的技术指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分电快速脉冲群实验及其对策综述一试验波形电快速瞬变脉冲群抗扰度试验,目的是验证由闪电、接地故障或切换电感性负载而引起的瞬时扰动的抗干扰能力这种试验是一种耦合到电源线路、控制线路、__线路上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验此波形不是感性负载断开的实际波形(感性负载断开时产生的干扰幅度是递增的),而实验所采用的波形使实验等级更为严酷电快速脉冲群是由间隔为300ms的连续脉冲串构成,每一个脉冲串持续15ms,由数个无极性的单个脉冲波形组成,单个脉冲的上升沿5ns,持续时间50ns,重复频率5K根据傅立叶变换,它的频谱是从5K--100M的离散谱线,每根谱线的距离是脉冲的重复频率二.实验设备
1.电快速脉冲发生器其中储能电容的大小决定单个脉冲的能量;波形形成电阻和储能电容配合,决定了波形的形状;阻抗匹配电阻决定了脉冲发生器的输出阻抗(标准为50欧姆);隔直电容则隔离了脉冲发生器中的直流成分
2.耦合/去耦网络交/直流电源端口的耦合/去耦网络(CDN---CoupleandDecouplenetworks),这个网络提供了在不对称条件下把试验电压施加到受试设备的电源端口的能力这里所谓不对称干扰是指电源线与大地之间的干扰可以看到从试验发生器来的__电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线(L
1、L
2、L
3、N及PE)上,__电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连,机壳则接到参考接地端子上耦合/去耦网络的作用是将干扰__耦合到EUT并阻止干扰__干扰连接在同一电网中的不相干设备一些电快速脉冲发生器已将耦合/去耦网络集成于一体三.实验设置下面是在实验室进行电快速脉冲群抗扰度试验时所必须的配置
1.参考接地板用厚度为
0.25mm以上的铜板或铝板(需提醒的是,普通铝板容易氧化,易造成试验仪器、受试设备的接地电缆与参考接地板之间塔接不良,宜慎用);若用其他金属板材,要求厚度大于
0.65mm参考接地板的尺寸取决于试验仪器和受试设备,以及试验仪器与受试设备之间所规定的接线距离(1m)参考接地板的各边至少应比上述组合超出
0.1m参考接地板应与实验室的保护地相连
2.试验仪器(包括脉冲群发生器和耦合/去耦网络)放置在参考接地板上试验仪器用尽可能粗短的接地电缆与参考接地板连接,并要求在搭接处所产生的阻抗尽可能小
0.01m的绝缘支座隔开后放在参考接地板上(如果受试设备是台式设备,则应放置在离参考接地板高度为
0.8±
0.08m的木头桌子上)受试设备(或试验桌子)距参考接地板边缘的最小尺寸满足项1(
0.1m)的规定受试设备应按照设备的__规范进行布置和连接,以满足它的功能要求另外,受试设备应按照制造商的__规范,将接地电缆以尽量小的接地阻抗连接到参考接地板上(注意,不允许有额外的接地情况出现)当受试设备只有两根电源进线(单相,一根L,一根N),而且不设专门接地线时,受试设备就不能在试验时单独再拉一根接地线同样,受试设备如果通过三芯电源线进线(单相,一根L,一根N,及一根电气接地线),未设专门接地线时,则此受试设备也不允许另外再设接地线来接地,而且受试设备的这根电气接地线还必须经受抗扰度试验
4.受试设备与试验仪器之间的相对距离以及电源连线的长度都控制在1m,电源线的离地高度控制在
0.1m,如有可能,最好用一个木制支架来摆放电源线当受试设备的电源线为不可拆卸,而且长度超过1m时,那么超长部分就应当挽成个直径为
0.4m的扁平线圈,并行地放置在离参考接地板上方
0.1m处受试设备与试验仪器之间的距离仍控制为1m标准还规定,上述电源线不应采用屏蔽线,但电源线的绝缘应当良好
5.试验应在试验室__进行,除了位于受试设备、试验仪器__的参考接地板以外,它们与其他所有导电性结构(例如屏蔽室的墙壁和实验室里的其他有金属结构的试验仪器和设备)之间的最小距离为
0.5m
6.当使用耦合夹做被试系统的抗扰度试验时,耦合夹应放置在参考接地板上,耦合夹到参考接地板的边缘尺寸的最小距离为
0.1m同样,除了位于耦合夹__的参考接地板以外,耦合夹相对所有其他导电性结构之间的最小距离是
0.5m如果试验是针对系统中一台设备(如EUT1)的抗扰度性能测试来说时,则耦合夹与EUT1的距离关系保持不变,而将耦合夹相对EUT2的距离增至5m以上(标准认为较长的导线足够使线路上的脉冲群__损耗殆尽)耦合夹也可由1米长的铝箔包裹受试电缆代替,前提是它可以提供和耦合夹一样的等效电容(100pF)如果现场条件不允许放置1m长的铝箔也可以适当缩短长度,但仍要保证等效耦合电容也可以将发生器的输出通过100pF的高压陶瓷电容直接加到受试电缆的芯线或是外皮7.在电源线上的试验通过耦合/去耦网络以共模方式进行,在每一根线(包括设备的电气接地线)对地(对参考接地板)施加试验电压要求每一根线在一种试验电压极性下做三次,每次一分钟,中间相隔一分钟在一种极性做完后,换做另一个极性一根线做完后,换做另一根线当然也可以把脉冲同时注入两根线,甚至几根线四.试验等级试验等级所代表的典型工作环境如下1级,具有良好保护的环境计算机机房可代表此类环境;2级,受保护的环境工厂和发电厂的控制室可代表此类环境;3级,典型工业环境发电厂和户外高压变电站的继电器房可代表此类环境;4级,严酷的工业环境为采取特别__措施的电站或工作电压高达50万伏的开关设备可代表此类环境;X级,由厂家和客户协商决定电快速脉冲干扰成分传导干扰和辐射干扰由于脉冲群的单个脉冲波形前沿tr达到5ns,脉宽达到50ns,这就注定了脉冲群干扰具有极其丰富的谐波成分幅度较大的谐波频率至少可以达到1/πtr,亦即可以达到64MHz左右,相应的__波长为5m对于一根载有60MHz以上频率的电源线来说,如果长度有1m,由于导线长度已经可以和__的波长可比,不能再以普通传输线来考虑,__在线上的传输过程中,部分依然可以通过传输线进入受试设备(传导发射);部分要从线上逸出,成为辐射__进入受试设备(辐射发射)因此,受试设备受到的干扰实际上是传导与辐射的结合很明显,传导和辐射的比例将和电源线的长度有关,线路越短,传导成分越多,而辐射比例越小;反之,辐射比例就大这正是同等条件下,___金属外壳的设备要比非金属外壳设备更容易通过测试的道理,因为金属外壳的设备抗辐射干扰能力较强并且辐射的强弱还和电源线与参考接地板之间的相对距离有关(它反映了受试设备与接地板之间的分布电容),EUT离参考接地板越近,则分布电容就越大(容抗越小),干扰__越不容易以辐射方式逸出;反之亦反由此可见,试验用的电源线长短,电源线离参考接地板的高度,乃至电源线与受试设备的相对位置,都可成为影响试验结果的因素因此,为了保证试验结果的可重复性和可比性,注意试验配置的一致性就变得十分重要__线和电源线在一起的直流设备的测试对于像带有U__数据线并通过U__线供电的一类__线和电源线在一起的设备,如__硬盘、网络摄像头等,我们要采用电容耦合夹的干扰注入方式因为如果我们选用耦合/去耦网络,那么去耦网络中的去耦电容(
0.1uF左右),以及去耦电感(>100μH),会使工作__发生严重失真,特别是对于U__
2.0等高速端口,影响更为严重从而让实验不能如实反映设备的真实状态但如果是单独的直流电源线(不含__线),我们仍旧采用耦合/去耦网络来施加干扰电快速脉冲干扰是共模性质的在标准提供的实验设置图中可以看到从试验发生器来的__电缆芯线通过可供选择的耦合电容加到相应的电源线(L
1、L
2、L
3、N及PE)上,__电缆的屏蔽层则和耦合/去耦网络的机壳相连,机壳则接到参考接地端子上这就表明脉冲群干扰实际上是加在电源线与参考大地之间,因此加在电源线上的干扰是共模干扰而对于采用耦合夹的实验方式来说,电快速脉冲将通过耦合板与受试电缆之间的分布电容进入受试电缆,而受试电缆所接收到的脉冲仍然是相对参考接地板来说的因此,通过耦合夹对受试电缆所施加的干扰仍然是共模性质的确定了干扰的性质,那么我们就可以采取相应的措施使设备顺利通过实验那么我们不难看出,电源滤波器中所使用的X电容(差模电容)对于EFT干扰是没有抑制作用的如果设备是金属外壳,Y电容(共模电容)会起作用,将高频EFT旁路到外壳上面,然后通过设备外壳和参考地间的分布电容回到__源,从而不会进入电路电快速脉冲干扰导致设备失效的机理根据国外学者对脉冲群干扰造成设备失效的机理的研究,单个脉冲的能量较小,不会对设备造成故障但脉冲群干扰__对设备线路结电容充电,当上面的能量积累到一定程度之后,就可能引起线路(乃至系统)的误动作因此,线路出错会有个时间过程,而且会有一定偶然性(不能保证间隔多少时间,线路一定出错,特别是当试验电压达到临界点附近时)而且很难判断究竟是分别施加脉冲,还是一起施加脉冲,设备更容易失效也很难下结论设备对于正向脉冲和负向脉冲哪个更为敏感实践表明,一台设备往往是某一条电缆线,在某一种试验电压,对某个极性特别敏感实验显示,__线要比电源线对电快速脉冲干扰敏感得多设备通过电快速脉冲测试的有效措施首先我们先分析一下干扰的注入方式EFT干扰__是通过耦合去耦网络中的33nF的电容耦合到主电源线上面(而__或控制电缆是通过电容耦合夹施加干扰,等效电容是100pF)对于33nF的电容,它的截止频率为100K,也就是100KHZ以上的干扰__可以通过;而100pF的电容,截止频率为30M,仅允许30MHz频率以上的干扰通过电快速脉冲的干扰波形为5ns/50ns,重复频率5K,脉冲持续时间15ms,脉冲群重复周期300ms根据傅立叶变换,它的频谱是从5K--100M的离散谱线,每根谱线的距离是脉冲的重复频率知道以上几点,施加干扰的耦合电容扮演了一个高通滤波器的角色,因为电容的阻抗随着频率的升高而下降,那么干扰中的低频成分不会被耦合到EUT,而只有频率较高的干扰__才会进入EUT当我们在EUT电路中再加入共模电感(特别要注意的是,这里的共模电感一定要加在主电源线及其回线上,否则会发生饱和从而达不到衰减干扰的目的)就可以衰减掉一些高频干扰成分,因为电感的阻抗随着频率的增加而升高因此,实际施加到EUT上面的干扰__只有中间频率部分但要注意的是,耦合电容和共模电感组成了一条LC串联谐振电路,谐振点处的干扰__幅度最强(谐振点处阻抗最小),而如果此时的电快速脉冲波形恰好在过零点,那么EUT在谐振频率处不会有问题;但如果谐振频率恰好发生在脉冲的峰值时刻,那么EUT就会受到很强的干扰从而失效所以,要根据EUT对何种干扰频率敏感的特性来调整共模电感的电感量增大电感值,谐振频率降低,对频率较低的干扰抑制效果好;减小电感值,谐振频率升高,对频率较高的干扰抑制效果明显,从而达到通过试验的目的电磁兼容设计及测试技术分析关键字电磁干扰 电磁兼容 传导 辐射 布线 摘要针对当前严峻的电磁环境,分析了电磁干扰的来源,通过产品__流程的分解,融入电磁兼容设计,从原理图设计、PCB设计、元器件选型、系统布线、系统接地等方面逐步分析,总结概括电磁兼容设计要点,最后,介绍了电磁兼容测试的相关内容当前,日益恶化的电磁环境,使我们逐渐__设备的工作环境,日益__电磁环境对电子设备的影响,从设计开始,融入电磁兼容设计,使电子设备更可靠的工作电磁兼容设计主要包含浪涌(冲击)抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计电磁干扰的主要形式电磁干扰主要是通过传导和辐射方式进入系统,影响系统工作,其他的方式还有共阻抗耦合和感应耦合传导传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上属频率较低的部分低于30MHz在我们的产品中传导耦合的途径通常包括电源线、__线、互连线、接地导体等辐射通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较高的部分高于30MHz辐射的途径通过空间传递,在我们电路中引入和产生的辐射干扰主要是各种导线形成的天线效应共阻抗耦合当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时出现的相互干扰在电源线和接地导体上传导的骚扰电流,多以这种方式引入到敏感电路感应耦合通过互感原理,将在一条回路里传输的电__,感应到另一条回路对其造成干扰分为电感应和磁感应两种对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应对策传导采取滤波(如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波作用),辐射干扰采用减少天线效应(如__贴近地线走)、屏蔽和接地等措施,就能够大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力,也可以有效的降低对外界的电磁干扰电磁兼容设计对于一个新项目的研发设计过程,电磁兼容设计需要贯穿整个过程,在设计中考虑到电磁兼容方面的设计,才不致于返工,避免重复研发,可以缩短整个产品的上市时间,提高企业的效益一个项目从研发到投向市场需要经过需求分析、项目立项、项目概要设计、项目详细设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、项目投产、投向市场等几个阶段在需求分析阶段,要进行产品市场分析、现场调研,挖掘对项目有用信息,整合项目发展前景,详细整理项目产品工作环境,实地考察__位置,是否对__有所限制空间,工作环境是否特殊,是否有腐蚀、潮湿、高温等,周围设备的工作情况,是否有恶劣的电磁环境,是否受限与其他设备,产品的研制成功能否大大提高生产效率,或者能否给人们的生活或工作环境带来很大的方便,操作使用方式能否容易被人们所接受,这就要求项目产品要满足现场功能需要、易于操作等,最后要整理详细的需求分析报告,以供需求评审经过企业内部相关负责人的评审之后,完善需求分析报告,然后是项目立项,项目立项需要组建项目组,把软件、硬件、结构、测试等____到项目组中,分配各自的职责项目__的下一阶段是项目概要设计,将项目分解成多个功能模块,运用WBS分解结构对项目进行功能分解细化,根据工作量安排时间,安排具体人员整理项目概要设计报告,总体对项目进行评估,确定使用电源类型,电源分布情况,电源隔离滤波方式,系统接地方式,产品屏蔽,产品结构采用屏蔽设计,采用屏蔽机箱机壳,分析__类型,对雷电、静电、群脉冲等干扰采取防护措施产品概要设计报告出来后要经过相关人员评审,分析实现方式是否合理,实施方案是否可行,由评审人员给出评审报告,项目组结合评审报告对概要设计进行修改后,进入产品详细设计阶段,这阶段的内容包括原理图设计、PCB设计、PCB采购及焊接、软件编写、功能调试等过程,原理图设计应考虑到电磁兼容方面的影响,对板级电源增加滤波电容,对__的接口部分增加滤波电路,根据__类型,选择合适的滤波电路,若__为低频型号,应选择低通滤波电路,计算合适的截至频率,选择对应的电阻、电容等另对接口部分设计大电流泄放回路,设置防雷器件,做到第三级的防雷
一、元器件选型我们常用的电子器件主要包括有源器件和无源器件两种类型,有源器件主要指IC和模块电路等器件,无源器件主要是指电阻、电容、电感等元件下面分别对这两种类型元件的选型、在电磁兼容方面要考虑的问题做一些介绍有源器件EMC选型工作电压宽的EMC特性好,工作电压低的EMC特性好,在设计允许的范围内延时大(通常所说的速度慢)特性好一些,静态电流小、功耗小的比大的特性好,贴片封装的器件的EMC性能好于插装器件无源器件选型无源器件在我们的应用中通常包括电阻、电容、电感等,对于无源器件的选型我们要注意这些元件的频率特性和分布参数无源器件在某些频率下,会表现出不同特性,一些电阻在高频时拥有电感的特性,如线绕电阻,电解电容的低频特性好,高频特性差,而薄膜电容和瓷片电容高频特性较好,但通常容量较小考虑温度对元器件的影响,根据设计原理,选用各种温度特性的器件
二、印制板设计印制板设计时,要考虑到干扰对系统的影响,将电路的模拟部分和数字部分的电路严格分开,对核心电路重点防护,将系统地线环绕,并布线尽可能粗,电源增加滤波电路,采用DC-DC隔离,__采用光电隔离,设计隔离电源,分析容易产生干扰的部分(如时钟电路、通讯电路等)和容易__扰的部分(如模拟采样电路等),对这两种类型的电路分别采取措施对于干扰元件采取抑制措施,对敏感元件采取隔离和保护措施,并且将它们在空间和电气上拉开距离在板级设计时,还要注意元器件放置要远离印制板边沿,这对防护空气放电是有利的采样电路的原理图设计参见图1图1采样电路设计电路的合理布局可以降低干扰,提高电磁兼容性能按照电路的功能划分若干个功能模块,分析每个模块的干扰源与敏感__,以便进行特殊处理印制板布线时,需要注意以下几个方面
1、保持环路__最小,例如电源与地之间形成的环路,减小环路__,将减小电磁干扰在此回路上的感应电流,电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环__,降低干扰对系统的影响,提高系统的抗干扰性能并联的导线紧紧放在一起,使用一条粗导线进行连接,__线紧挨地平面布线可以降低干扰电源与地之间增加高频滤波电容
2、使导线长度尽可能的缩短,减小了印制板的__,降低导线上的干扰
3、采用完整的地平面设计,采用多层板设计,铺设地层,便于干扰__泄放
4、使电子元件远离可能会发生放电的平面如机箱面板、把手、螺钉等,保持机壳与地良好接触,为干扰提供良好的泄放通道对敏感__包地处理,降低干扰
5、尽量采用贴片元器件,贴片器件比直插器件的电磁兼容性能要好得多
6、模拟地与数字地在PCB与外界连接处进行一点接地
7、高速逻辑电路应靠近连接器边缘,低速逻辑电路和存储器则应布置在远离连接器处,中速逻辑电路则布置在高速逻辑电路和低速逻辑电路之间
8、电路板上的印制线宽度不要突变,拐角应采用圆弧形,不要直角或尖角
9、时钟线、__线也尽可能靠近地线,并且走线不要过长,以减小回路的环__
三、系统布线设计印制板设计出来后,进行试制,焊接调试,系统装机,考虑电磁兼容设计因素,机柜结构、线缆设计需要注意以下几个方面
1、机柜选用电磁屏蔽柜,具有良好的屏蔽性能,很好地对系统进行屏蔽,降低外界电磁干扰对系统的影响
2、总电源进线选用屏蔽电源线,并加磁环,屏蔽层在进入机柜处360度接地
3、对系统外部__线选用屏蔽线,屏蔽层机柜入口处良好接地
4、设备外壳就近接机柜,避免交叉
5、系统设置隔离变压器和ups,保证系统供应纯净电源
6、严格将电源线和__线分开,设备外壳的各个面之间和各个板子面板之间要良好接触,接触电阻要小于
0.4欧,越小越好,保证设备外壳良好接大地,这样在有静电释放时,不会影响到系统的正常工作
四、系统接地设计接地是最有效的抑制骚扰源的方法,可解决50%的EMC问题系统基准地与大地相连,可抑制电磁骚扰外壳金属件直接接大地,还可以提供静电电荷的泄漏通路,防止静电积累
1、地线的概念安全接地包括保护接地和防雷接地保护接地为产品的故障电流进入大地提供一个低阻抗通道;防雷接地提供泄放大电流的通路;参考接地为产品稳定可靠工作提供参考电平,为电源和__提供基准电位安全接地是为了当出现一些电气异常时,为大电流和高电压提供一个泄放的回路,主要是对电路的一种保护措施参考地主要是__地和电源地,是保证电路实现功能的基础
2、接地方式悬浮接地对一个__的与外部没有接口的系统来说一般也没有什么问题,但是如果该系统与其他的系统之间存着接口如通讯口和采样线,那么悬浮接地很容易受到静电和雷击的影响,所以一般电子产品大多不采用悬浮接地单点接地当f1MHz时可以选择单点接地,可分为并联单点接地和多级电路串联单点接地两种并联单点接地每个电路模块都接到一个单点地上,每个单元在同一点与参考点相连多级电路的串联单点接地将具有类似特性的电路的地连接在一起,形成一个公共点,然后将每一个公共点连接到单点地多点接地当f10MHz时会采用多点接地设备中的电路都就近以接地母线为参考点单点接地各电路接在同一点,提供公共电位参考点,没有共阻抗耦合和低频地环路,但对高频__存在较大的地阻抗多点接地为就近接地,每条地线可以很短,提供较低接地阻抗1MHz~10MHz可根据实际需要选用哪种接地方法混合接地是综合单点接地与多点接地的优点,对系统中的低频部分采用单点接地,对系统中高频部分采用多点接地__线屏蔽接地有高频和低频之分,高频采用多点接地,低频电缆采用单点接地低频电场屏蔽要求在接收端单点接地,低频磁场屏蔽要求在两端接地多点接地,除在两端接地外,并以3/20或1/10工作波长的间隔接地系统做到良好接地,才能有效的抑制电磁干扰,一个大的系统机柜首先要保证每个面接触良好,接触紧凑,其次是机柜内部设备要就近接地,避免二次干扰,就近泄放电磁干扰接口屏蔽线要进行环接,再就近接机架机柜__设置接地铜排,系统总地线选用铜带比较好,对电磁干扰进行很好的泄放,保证了系统的正常运行电磁兼容测试系统功能测试,满足现场功能需要后,进行电磁兼容测试,电磁兼容测试容易出问题是静电、群脉冲、浪涌、射频场传导等
1、静电抗扰度检测参与了几个项目的静电抗扰度检测,对静电有一定认识静电分为接触放电和空气放电,静电是积累的高压,当接触到设备的金属外壳时会瞬间放电,会影响到电子设备的正常工作,可能引起设备故障或重启,在安全性要求较好的场合这是不允许的静电会影响显示效果,可能出现显示闪烁或黑屏,影响正常显示和操作静电还可能引起CPU工作异常,程序死机或重启如果在产品详细设计阶段采用电磁兼容的相关设计,做静电试验不必过分担心,通过设计,对静电积累的电荷进行良好的泄放,不会影响系统的正常工作
2、电快速瞬变脉冲群抗扰度检测电快速瞬变脉冲群是一系列的高频高压瞬变脉冲施加在设备上,观察设备是否受到其影响防护群脉冲主要的方法是“疏导”“堵”,“疏导”就是提供泄放回路,是干扰在进入系统之前,泄放至大地,良好的屏蔽层接地,可以泄放大部分动干扰,“堵”是使群脉冲滤除在设备之外,增加磁环,效果明显,封闭磁环的效果好于对扣磁环,也可以将磁环加入到板级中,固定在印制板中,这样使设备更可靠对电源线、__线、通讯线两端增加磁环,可以对群脉冲干扰进行防护
3、雷击浪涌检测雷击浪涌主要包含两个方面,一个是电源防雷,一个是__防雷电源防雷主要是针对系统级而言的,系统级设计要按照三级防雷设计,总电源进入端设置电源防雷(如OBO公司的V20-C/3-PH385),可以对系统的电源进行一级防护,电源经过电源防雷后,进入隔离变压器,隔离变压器可以对电磁干扰__进行较好的防护,抑制其对系统的影响后进入UPS,UPS可以滤除一部分干扰__,这样电源再进入系统设备,电源是一种纯净的电源,可以使系统更好、更可靠的工作图2系统电源部分设计示例__防雷是对系统的__通路进行防护,主要涉及的是板级设计,在板级设计中增加防雷器件,如气体放电管,增加TVS泄放回路,当有大电流时通过配套电阻和TVS、气体放电管泄放,对后级电路起到保护作用而后__进行光电隔离,再进入系统,系统可以采集到一个稳定的__,使系统正常分析判断,正常发出指令,正常工作另一方面就是设计较宽的__范围,__正常波动时,系统正常工作
4、射频场感应传导的抗扰度检测射感试验可能会对显示__、采集驱动等造成影响,可能使显示闪烁或黑屏,影响设备操作,可能使采集驱动工作异常,采集不到需要的__,无法驱动现场设备射频试验是
0.15k~80M频率范围内对__线、电源进行干扰,3级强度是10V/m射感防护的原则是将电源、__线的屏蔽做好,屏蔽层良好接地,选择合适频率进行滤波,将干扰滤除
5、辐射发射检测、射频场辐射抗扰度检测该测试主要是测试系统的抗射频__及整体屏蔽性能,只要系统做好良好的屏蔽,系统地线接地良好,系统就可以通过检测通过相关电磁兼容测试,产品就可以推向市场,进行试运行了,对试运行中出现的问题,进行汇总,以备产品的改进电子产品满足相关的电磁兼容测试标准,通过测试,才可以推向市场,用户才能放心使用,极大地减小因电磁干扰发生的事故,对企业的效益、产品的__起到积极的作用针对手机RF电路设计的差分散射参数测试方法针对手机射频RF电路设计,本文以对声表滤波器的测试为例探讨了以下三个问题如何用单端矢量网络分析仪测量差分网络的散射参数;差分网络到单端网络转换时的共模干扰问题;双端网络双共轭匹配问题在设计手机的射频电路时,常会遇到带有差分端口的低噪声放大器、混频器、声表滤波器等图1是TD-SCD__手机射频接收电路,其中__X2392的低噪声放大器输出是单端的,而__X2392的混频器输入是差分形式的,低噪声放大器与混频器之间是一个单端到差分形式的声表滤波器和必要的匹配网络,在设计该匹配网络时,需要知道混频器输入端差分散射参数和声表的散射参数,通常网络分析仪都不是差分型的下面以对声表的测试为例来说明如何测试差分散射参数物理三端口散射参数在设计该手机的射频电路时,我们选用的是Epcos公司的LH46B声表面波滤波器,Epcos公司提供了一块评估板,如图2所示,端口1为单端型输入端口,端口
2、3组成差分型输出端口在评估该器件时,先将其视为一般的三端口网络,用一般的矢量网络分析仪很容易测得其三端口散射参数,具体过程如下
1.端口3接匹配负载,用网络分析仪测端口
1、2的双端散射参数,记为SA;
2.端口2接匹配负载,用网络分析仪测端口
1、3的双端散射参数,记为__;
3.端口1接匹配负载,用网络分析仪测端口
2、3的双端散射参数,记为SC;
4.物理三端口网络散射参数ST为等式1所示 一般来说,差分端口并不是理想的,通过研究上面得到的物理三端口网络散射参数ST会发现 理想情况下,端口1加一点频激励__,在端口2与端口3应得到大小相等,相位差180度的__,也就是说在端口2与端口3上得到一个差分__,实际上在端口2与端口3上还存在着大小与相位都相等的__,即共模__若将差模__看作一个端口,共模__看作一个端口,再加上原来的端口1,这样就组成了一个新的三端口网络,称为模式三端口网络模式三端口网络散射参数现在的问题是该如何由物理三端口网络的散射参数导出模式三端口网络的散射参数声表器件属于无源网络,且不含有各向异性介质材料,其散射参数必然是互易的,就是说物理三端口网络仅有6个__参数差模与共模__只是端口2与端口3__的线性组合,所以模式3端口网络的散射参数也必然是互易的,即只有6个__参数E3观察图3可以看到端口1在两种散射参数__流图中未变,故 __22是反映有端口1来激发出差模__能力的参数,根据差模__的定义,它应是ST12与ST13的差,考虑到差模端口等效为将端口2与端口3串接起来,故其此时特征阻抗已是原来两倍假定端口2__的相位为差模__相位,这样可以得到 __33是反映有端口1来激发出共模__能力的参数,根据共模__的定义,它应是ST12与ST13和的一半,考虑到共模端口等效为将端口2与端口3并接起来,故其此时特征阻抗已是原来一半,这样可以得到 __22,__32分别是反映端口2与端口3在等幅反相__激励时,在反射波中产生差模分量与共模分量能力的一个量,将物理三端口网络的端口1接匹配负载,端口2加激励__ 端口3加激励__ 这两个激励__合起来等效为在差模端口加激励__ 现在分别计算端口2与端口3反射波中差模与共模__成分,它们在数值上应分别等于__22,__32,值分别是等式
4、5所示 __33是反映端口2与端口3在等幅同相__激励时,在反射波中产生共模分量能力的一个量,将物理三端口网络的端口1接匹配负载,端口2与端口3同时加激励__ 这两个激励__合起来等效为在共模端口加激励__ 现在来计算端口2与端口3反射波__模__成分,它在数值上应等于__33其值见等式6 综合等式2至等式6,可以得到完整的模式三端口网络散射参数,整理后得到等式7需要特别注意的是此处得到的该散射参数各端口并不是利用统一的特征阻抗作归一化,假定端口1的特征阻抗为Zo,则端口2差模__端口为2Zo,端口3共模__端口为Zo/2共模抑制比__X2392是一个零中频的射频接收机,为解决本振__的泄漏问题,__XIM公司采用了差分形式的混频器,从图1看到当共模形式的本振__有混频器输入端泄漏出来时,声表会对此产生抑制此处回避了匹配网络的影响,这儿可以定义共模抑制比如下 该共模抑制比反映了泄漏到天线端口的本振__大小,该共模抑制比越大越好研究图3所示的散射参数__流图,我们发现还有另外一种共模到差模的转换形式 该共模抑制比优劣与直流偏移量有关本振__通过空间辐射等途径耦合到LH46B差分端口应是共模__,该共模__经LH46B反射后产生的差模__会直接加到混频器输入端,从而与本振自混频产生直流该共模抑制比越大越好差分端口匹配问题通过将物理三端口网络转化为模式三端口网络,可以非常方便设计其输入输出匹配电路一般情况下,共模端口影响较小,在设计匹配电路时认为它始终接匹配负载,这样原有的三端口网络就变成了模式2端口网络端口1与差模端口,利用简单的双端口匹配理论即可解决该问题模式2端口网络的散射参数如下 为方便叙述,我们称端口1为源端,端口2为负载端一般情况下中频声表的匹配电路设计都属于窄带匹配,也就是说只要考虑其中心频点处匹配就可以了;射频声表往往要覆盖较宽的频带,匹配电路相对复杂些,所幸的是一般射频声表不需做什么匹配此处__XIM的混频器输入阻抗为200Ω,需要检验一下EPCOS的声表平衡端是否为200Ω,等式11至23将给出最佳源端与负载端阻抗 图
4、5是根据LH46B测试数据计算出的最佳源端与负载端阻抗曲线有图4与图5可以看到在TD-SCD__频段2010MHz~2025MHz内,最佳源阻抗与负载阻抗变化较大,故难以用简单电路实现双端共轭匹配观察最佳负载端阻抗实部曲线,发现其阻抗有频段低端的220ohm一直变到频段高端的40ohm,这里取其几__均值作为最佳负载阻抗,而对于源端不作匹配利用__ITH圆图工具,可得到图6的匹配电路因为__X2392混频器的输入阻抗为200ohm,所以此处负载端特性阻抗取为200ohm图7是作匹配前与匹配后传输特性的一个比较图7中蓝色的曲线是匹配后的仿真结果,红色的是未加匹配电路的仿真结果匹配改善了带内平坦度,但中心频点处插损略有变差电磁兼容测试技术概述文 摘本文简要的介绍了电磁兼容的抗扰度测试关键词电磁兼容、测试、EMC
一、前言 人类所处的自然环境,不仅仅包括我们自身容易察觉的空气、水、土地等环境外,还有我们自身不容易觉察的电磁环境在人类发明发电机之后,人类对电磁环境的主动性影响与日俱增甚至达到“污染”电磁环境的程度电磁兼容便是一门研究在有限空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下,各种用电设备可以共存并不致引起降级的学科也可以讲“电磁兼容”是一门绿色的环保科学 近年来,世界各国都非常重视电磁兼容技术,并且把对电气电子产品的电磁兼容性要求纳入国际贸易中的产品技术法规例如,欧盟从96年1月1日起强制执行__/336/EEC指令,即进入欧共体市场销售的电气电子产品必须符合EMC要求,并加贴__标志 为了适应国际先进技术发展和国际商贸的要求,我国也不断加强在电磁兼容技术方面的研究,并且在电磁兼容标准制订方面提出相应的方针政策例如,我国__制定了电磁兼容标准化工作的具体方法
1、加快电磁兼容标准的修订,制订和转化,完善我国电磁兼容的标准体系;
2、在建立起基本完善的标准体系基础上,加强和完善现在各级电磁兼容试验室和测试机构,并推进认证制
二、测试技术概述 电磁兼容设备或交流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能力这是国际标准《电磁兼容术语》中对电磁兼容所下的定义从此定义中不难看出,电磁兼容具体研究两方面的内容一是能在电磁环境中正常工作,具体一定的抵抗电磁骚扰的能力二是对所处环境中的其它设备的骚扰有一定的限值,不致于影响的其他设备不能正常工作 测量,也许没有任何其他学科象电磁兼容这门学科这么依赖我们从电磁兼容的概念中不难看出,电磁兼容的测试内容主要包括两个方面一是电磁敏感性测试,即电气电子设备的抗扰度测量;另一个便是电磁干扰的测量,即设备无线电骚扰特性的测量 电磁兼容测量的目的是为提高和改善电气电子设备的实际工作中电磁兼容能力提供参考和依据为了使测试更具有意义和测量结果具有可比性,电磁兼容测试的标准化工作就显得异常重要国际性的标准化组织棗国际电工委员会(IEC)在这方面作出了重要的贡献 IEC下设的委员会中从事EMC的主要为国际无线电干扰特别委员会(CISPR)和第77技术委员会(TC77)他们分别制订CISPR系列标准和IEC61000系列标准
三、常用抗扰度标准简介
1、静电放电抗扰度试验(IEC61000-4-2)
(1)试验模拟 试验单个设备或系统的抗静电干扰的能力它模拟1)操作人员或物体在接触设备时的放电2)人或物体对邻近物体的放电静电放电可能产生的后果1)直接通过能量交换、引起半导体器件的损坏2)放电所引起的近场的电场与磁场变化,造成设备的误动作
(2)试验仪器 图1和图2分别给出了静电放电发生器的基本线路和放电电流的波形
(3)放电方式 直接放电(直接对设备的放电)接触放电为首选形式;只有在不能用接触放电的地方(如表面涂有绝缘层的情况,及计算机键盘缝隙的放电)才改用隙放电间接放电(通过邻近物体的放电棗标准中用对水平耦合板及垂直耦合板的放电来模拟对模拟设备的工作产生影响)采用接触放电为唯一的放电方式
(4)试验的配置 有型式试验(在实验室进行)及__现场试验两种,标准规定以前者为主
(5)试验方法 按标准要求,型式试验为主,现场试验为辅图4和图5给出桌面设备与落地的典型放电位置 试验中一般以1次/秒的速率进行放电,以便让设备对试验末得及响应另外正式试验前要用20次/秒的放电速率,对被试设备表面很快扫视一遍,目的是找出设备对静电放电敏感的部位 试验电压要由低到高逐渐增加到规定值
(6)试验的严酷度等级 接触放电 气隙放电 1级 2KV 2KV 2级 4KV 4KV 3级 6KV 8KV 4级 KV 15KV
2、射频辐射电磁场的抗扰度试验(IEC61000-4-3)
(1)试验模拟 主要模拟射频辐射电磁场,如无线电台、电视发射台、__无线电发射机和各种工业电磁辐射源(以上属有意发射),以及电焊机、可控硅整流器、荧为灯(以上属无意发射)所产生射频辐射干扰
(2)试验等级 等级 试验场强 1 1V/m 2 3V/m 3 10V/m X 待定
(3)试验配置 1)__发生器2)功率放大器3)天线4)场强测试探头5)场强设备与记录设备
(4)试验的场地 最好是采用电波暗室
3、电快速瞬变脉冲群的抗扰度试验(IEC61000-4-4)
(1)试验模拟 主要模拟电路中机械开关对电感性负载的切换,所产生对同一电路中的其他电气和电子的干扰模拟干扰产生的特点是脉冲成群出现、脉冲的重复频率较高、脉冲波形的上升时间短暂、单个脉冲的能量较低
(2)试验仪器图8给出了电快速瞬变脉冲群的发生器的基本线路脉冲群的波形如图9所示 电快速瞬变脉冲群的基本要求是 脉冲上升时间(上升沿的10%至90%处)5ns±0% 脉冲持续时间(上升沿的50%至下降沿50%处)50ns±0% 脉冲重复频率5或
2.5kHz 脉冲群持续时间15ms 脉冲群重复周期300ms 发生器开路输出电压
0.25-4kVp 发生器动态输出阻抗50Ω 输出脉冲的极性正/负
(3)试验配置 电快速瞬变脉冲群试验分为台式设备和落地式设备两种配置,类似于静电放电试验的配置图10为典型的试验室配置
(4)试验方法 a.对电源线的试验(交流和直流),通过耦合去耦网络,采用共模方式进行试验,即在每个电源端子与参考接地板之间施加试验电压 b.对控制线、__线等,通过电容耦合夹来施加试验电压,进行共模试验 c.对与设备的保护接地端子,试验电压加在端子与参考接地之间
(5)试验等级 等级 电源线 __线 1
0.5kV5kHz
0.25kV5kHz 1
1.0kV5kHz
0.5kV5kHz 1
2.0kV5kHz
1.0kV5kHz 1
4.0kV
2.5kHz
2.0kV5kHz X 待定
4.浪涌抗扰度试验IEC61000-4-5
(1)试验模拟 主要模拟电网中大能量脉冲,如雷电击中邻近物体时,在其周围产生电磁场,当户外线路穿过电磁场时,线路上感应出电压和电流;另如,电网中大容量的电感性设备在切换的过程中,也会在电网中造成这种情况
(2)试验仪器 按照标准的要求,要能分别模拟在电源线上和通信线上的浪涌试验 a.电源线路试验的综合波发生器 开路电压波
1.2/50 开路输出电压
0.5kVp~
4.0kVp 短路电流波8/20 短路输出电流
0.25kAp~2kAp 发生器内阻2Ω 浪涌输出极性正/负 浪涌移相范围0~360度 浪涌重复频率每分钟一次 b.通信线路的CCITT浪涌发生器 开路电压波10/700 开路输出电压
0.5kVp~
4.0kVp 动态内阻40Ω 输出极性正/负
(3)试验方法 浪涌试验配置较为简单对于电源线上的试验都是通过耦合去耦网络来完成对于通信线路因与具体线路有关不一一列出
(4)试验等级 等级 线--线 线--地 1 —— 5kVp 2
0.5kVp
1.0kVp 3
1.0kVp
2.0kVp 4
2.0kVp
4.0kVp X 待定 5.电压跌落、短时中断和电压渐变的抗扰度试验IEC61000-4-11
(1)试验模拟 主要模拟电网、变电设施的故障或负荷突然发生变化时所引起的电压波动的现象
(2)试验等级 a.电压跌落和短时中断的试验等级 试验等级%UT 电压跌落和短时中断% 持续时间周期 0 100
0.
5、
1、5 40 60
10、
25、50 70 30 X b.电压渐变的试验等级 试验等级%UT 下降时间 保持时间 上升时间 40 2s 1s 2s 0 2s 1s 2s
(3)试验仪器 输出电压精度±5% 输出电流能力100%UT时16A,其它输出电压时能维持恒功率 峰值启动电流能力500A(220V);250A(100V~120V) 突变电压的上升或下降时间1~5s相位0~360
(4)试验方法 根据选定的试验等级及试验持续时间进行试验试验一般做三次,每次间隔为十秒 试验在典型的工作状态下进行 如果在规定电压特定角度上试验,应优选
45、
90、
135、
180、
225、
270、315等一般选0或180 对三相系统,一般是一相、一相进行试验,要对三相同时作试验时,要求将三套试验仪器同步进行试验
四、小结 电磁兼容学科是一门新兴的综合性学科,它涉及到电磁理论、电工原理、电子技术、电磁测量、__分析、机械结构、自动控制、生物医学、材料和工艺等学科我们这里所描述的测试方法仅是冰山一角但是,电磁兼容学科还正处在发展之中,还需广大的工程技术人员在不断的探索和研究中去完善和充实电磁相容性EMC测试各式各样之三C整合系统设备带给人类生活无限方便利益却也造成复杂电磁杂讯环境四十年前欧体IEC/CISPR等委员会之电磁相容性Electro__gneticCompatibilityEMC研究小组有鉴于此电磁杂讯环境趋势,发出__/336/EECEMC指令及后续修订版92/31/EEC,93/68/EEC,说明电子电机设备相关产品必须符合辐射干扰与传导干扰发射规格外,同时陆续增订辐射耐受性与传导耐受性规格,要求1996年元旦起强制实施,国内各类电子电机产品厂商为强化所生产产品符合内外销相关EMC指令,促使EMC测试场地快速成长,较大规模之资讯厂都趋向自行筹建EMIElectro__gneticInterferen__除错场地,加速产品EMC设计达到外销各国相关EMC需求然而为了验证电子电机设备电磁相容性设计是否良好,就必须在研发之整个过程中,对各种电磁干扰源之发射杂讯、传输特性及受干扰设备能否负荷耐受性测试,验证设备是否符合相关电磁相容性标准和规范;找出设备设计及生产过程中,在电磁相容性方面之盲点在客户__和使用设备时,提供了既真实又有效之数据,因此,电磁相容性测试是电磁相容性设计所不可或缺之重要环节本文将针对EMC测试最新之军规、商规、车辆规范等作一比较分析测试方法差异及相关经验表一常见美军军规欧美商规及车辆用电磁干扰EMI测试项目摘要比较表二常见美军军规欧美商规及车辆用磁用耐受性EMS测试项目摘要比较电磁相容性测试范围与所采用之标准和规范依据相应之电磁相容性标准和规范,电磁干扰EMI及电磁耐受性测试EMS在不同频率范围内,采用不同之方式进行基于任意电子电机设备既可能是一个干扰源,也可能是__扰者因而,电磁相容性测试包含电磁干扰测试EMI及电磁耐受性测试EMS由于电磁相容性测试种类太多,实在无法逐一详细说明,本文就表1及表2摘要列举了几个典型EMC测试标准和规范含常见美军军规、欧美商规及车辆用EMC标准,在不同频率范围中之测试项目,从军规EMC标准之演变,就可观察到欧美商规EMC标准之趋势近年来,车辆工业界面对__一世纪车辆设计新颖要求,纷纷成立车辆研发中心,由于国内主要汽车制造厂均需符合相关车辆用EMC标准和规范,因此更需了解比较车辆EMC设计与测试验证之方法此二表中__表示可以传导发射ConductedEmission,CS表示传导耐受性Conductedus__ptibility,RE表示辐射发射RadiatedEmission,RS表示辐射耐受性RadiatedSus__ptibility一般电磁干扰EMI,包括__及RE测试主要内容有︰电子电机产品和设备在各种电磁杂讯环境中之传导干扰和辐射干扰发射量之测试例如电子电机设备之交换式电源之脉冲干扰和连续干扰及各种讯号传输时,干扰传递特性之测试例如如各种传输线之传输特性和屏蔽效果而电磁耐受性EMS,包括CS及RS测试主要内容则有︰
1.对电场、磁场之辐射耐受性测试
2.对电源线、控制线、讯号线、地线等注入干扰之传导耐受性测试
3.对静电放电和各种暂态电磁波突波或电性快速暂态之耐受性测试EMC测试场地之一般要求︰如何有效地量测出实际待测产品设备溢出之杂讯,与产生类似EMI之干扰源,用来验证待测产品设备之电磁耐受性,都是EMC工程人员所必须掌握因此,为了模拟复杂电磁杂讯环境及保证EMC测试结果之重复性、准确性和可靠性,EMC测试对环境有较高之需求,测试场地可分为隔离室包含TEM/GTEM__ll等积向电磁波EMC测试室、电波暗室和室外开放测试区之场地openAreaTestSite,OATS等这些EMC测试场地之功能、建材和限制条件简述如下︰就隔离室而言,隔离室之作法一方面是对外来电子电机干扰加以屏蔽,从而保证室内电磁杂讯环境满足要求,另一方面是对内部如天线等发射源进行屏蔽而不对外界造成干扰MIL-STD-461及其它相关电磁相容性标准规定,许多测试项目必须在隔离室内进行,隔离室为一个由金属材料做成之六面体,其建材形式为镀锌钢板式、铜网式、多层复合金板式等等不胜枚举影响隔离室性能之主要原因有︰屏蔽门、屏蔽材料、电源滤波器、通风波导、__及焊接接缝、接地等从屏蔽效益来看,钢板式最好,在10kHz至18GHz频率范围,可满足屏蔽效益80~120dB之要求在使用隔离室进行电磁相容性测试时,要注意隔离室之共振及反射根据电磁理论,隔离室是一个很大之方形波导共振腔,具有一系列之电磁共振频率,当隔离室发生共振时,将会影响屏蔽效益及测试结果,隔离室基本共振频率公式为式中f为共振频率MHz,a,b,c为隔离室之长、宽、高度公尺;m,n,p为0及正整数,三者中最多只能一个为零,对于TE波m不能为零,举例来说,商规长、宽、高9*6*6立方公尺之隔离室基本TE101波之共振频率约为30MHz由式1可见,隔离室有许多个共振频率,当隔离室共振时,其屏蔽效益大幅下降,并且会造成很大之测试误差,因此在进行EMC测试时应避免这些共振频率天线等发射源将会在隔离室壁面上产生多重反射,从而影响测试结果,往往误差大到30~40dB,为此在条件许可之各种状况下,在体积较大之隔离室内进行测试,同时使待测件在保证入射为平面波之前提下,缩短待测件与接收天线之距离,对于最近之反射路径,针对反射点局部加贴吸波材料,可以减少反射波就电波暗室全电波暗室或半电波暗室而言,全电波暗室是针对一般隔离室各内壁面反射,将会影响测试结果,因而在六个壁面上,加装吸波材料而形成之隔离室为了模拟室外开放测试区之场地测试,接地地板上不贴吸波材料之电波暗室称为半电波暗室吸波材料一般采用介质损耗型如聚氨脂类之泡沫塑料,亚铁磁砖等,为了确保其耐燃烧特性需在碳酸溶液中渗透,吸波材料通常作成圆锥状、棱角锥状及方楔形状,以保持连续渐变之焦耳阻抗军规MIL-STD-462D对吸波材料之最小吸收量有所规定,即频率80MHz~250MHz至少6dB,频率大于250MHz则至少10dB以上而为了保证内部测试场之均匀,吸波体之长度相对于隔离室工作频率下限,所对应之波长要足够长1/4波长效果较好,吸波体之体积也会限制吸波材料之有效工作频率一般在30MHz以上减小了隔离室之有效空间,电波暗室之屏蔽效益要求与隔离室相同此外,商规EMC测试对电波暗室之场地衰减SiteAttenuation,SA规定NSANor__lizedSA要在理论值±4dB之范围;对电波暗室内部测试场强之均匀度,则要求执行16点场强之均匀度校正试验,此试验之测试方法详加说明如图,发射天线与待测场强之均匀面
1.5m×
1.5m相距3公尺,16点均匀面正方形4点×4点,点距
0.5m场强之均匀度,至少要求其中12点75%要符合规格需求,这种测试方法与1993年版之军规MIL-STD-462D要求相当就室外开放测试区之场地OATS而言,开放测试区之场地通常用于精确测量待测件之发射极限值,OATS要求平坦开阔,远离建筑标地、塔台、电线、树林、地下电缆和金属管道,环境电磁干扰背景要很小如一般电磁相容性标准和规范要求至少低于允许之极限值6dB,接地地板可为钢板或其他低阻金属结构,场地尺寸在不同之EMC标准和规范要求不尽相同 EMC测试所需基本仪器之要求及其配备在前节所述EMC测试场地执行EMI/EMS测试时,所需基本仪器之要求及其配备,随著不同频率范围中之测试项目而有所差异,图划出典型EMI/EMS测试组合示意架构,其中测试所需不同仪器之基本配备则如下列说明
1、隔离室屏蔽效益ShieldingEffectiveness,SE测试所需仪器之基本配备参考IEEE-299-1997和MIL-STD-285等测试隔离室屏蔽效益之标准,在不同频率范围内将隔离室屏蔽效益分为磁场屏蔽低阻抗场,电场屏蔽高阻抗场平面波电磁场屏蔽和微波屏蔽,其测试仪器之基本配备为︰频谱分析仪或EMI测试接收机、场强监视系统、各类讯号产生器、功率放大器、各类衰减器、定向耦合器及各类发射、接收天线棒状天线、环路天线、对数螺旋天线、喇叭天线等及输出变压器 2、电磁干扰EMI测试所需仪器之基本配备需求 由于使用测试仪器时也会产生一定电磁干扰,为了保证测试之准确性,CISPR16要求测试仪器之干扰量至少比待测装置干扰电压或电流小20dB,且比允许之干扰量小40dB测试仪器精确度要求为︰电压测试时误差不超过正负2dB,场强测试时误差不超过正负3dB测试仪器之屏蔽效益至少要有60dB,测试仪器接入测试系统后,既不应改变被测电子电机设备之工作状态,也不应对被测干援源有分压分流效应,测试仪器本身之干扰耐受性应远低于可能受到之干扰量常用之电磁干扰EMI含RE及__测试仪器配备有︰ ●EMI自动测试控制系统电脑及其介面单元 ●EMI测试接收机或频谱分析仪 ●各式天线主动、被动棒状天线、大小形状环路天线、功率双锥天线、对数螺旋天线、喇叭天线及天线控制单元等 ●电流注入感应器CurrentProbe、电压感应器、隔离变压器 ●电源阻抗模拟网路LineImpedan__StabilizationNetwork,LISN贯穿电容,储存式示波器,各型滤波器、定向耦合器等
3.电磁耐受性EMS测试仪器之基本配备需求常用之电磁耐受性EMS含RS及CS测试仪器之基本配备需求有︰ ●EMS自动测试控制系统电脑及其介面单元 ●EMI测试接收机或频谱分析仪 ●各式发射、接收天线 ●讯号产生器2功率放大器、场强监视系统 ●储存式示波器,注入隔离变压器,各型滤波器、定向耦合器 ●电源阻抗模拟网路,射频抑制滤波器,光纤数据传输系统
4.简介常用之EMC测试重点仪器和设备电磁相容性测试除了通用测试仪器外,还需许多特殊仪器和设备,下面将简介一些电流感应器、电源阻抗模拟网路、EMI测试接收机、频谱分析仪、各式发射接收天线、平行板线、及TEM/GTEM__ll等横向电磁波测试室等主要仪器设备之工作原理和使用特点电流感应器电流感应器是引用荷尔效应Halleffect,从流动导线之电流穿过电流感应器产生磁场,执行__101/__102等传导干扰测试时,利用电流感应器来感应侦测导线所溢放射出之杂讯电源阻抗模拟网路LISN电源阻抗模拟网路是一种耦合电路,主要用来提供干净之DC/AC电源品质,阻挡待测件杂讯回馈至电源及RF耦合,内部电路架构与阻抗特性曲线详如图早期军规传导干扰测试是以10厉贯穿电容为主,电源阻抗模拟网路LISN为辅,1993年以来,军规MIL-STD-462D要求改以LISN为主,所用导电桌或木桌上接地平面GroundPlane皆配备LISN作测试,而CISPR商规要求所用木桌上也配备LISN作测试EMI测试接收机EMI测试接收机是EMC试验中最常用之基本测试仪器,EMI测试接收机实际上是含高频选频放大之超外差接收机,其灵敏度可通过输入回路之可调衰减器来调变,由于测试讯号输入常常是极宽之频谱讯号,运用可调谐高频选择器对输入讯号进行预选,可以改善混频器之工作状况,中频放大器和中频选择器用来确定仪器之通行频带,并对讯号进行功率放大基于测试接收机之频率响应特性要求,按CISPR16规定,测试接收机应有四种基本检波方式︰准峰值检波、均方根值检波、峰值检波及平均值检波然而,大多数电磁干扰都是脉冲干扰,它们对音频影响之客观效果是随著重复频率之增高而增大,具有特定时间常数之准峰值检波器之输出特性,可以近似反应这种影响因此在无线广播频率领域,CISPR所推荐之电磁相容性规范采用准峰值检波由于准峰值检波既要利用干扰讯号之幅度,又要反映它之时间分布,因此其充电时间常数比峰值检波器大,而放电时间常数比峰值检波器小,对不同频谱段应有不同之充放电时间常数,这两种检波方式主要用于脉冲干扰测试瞬间变化及重复频率很低之脉冲干扰源已成为主流,使用准峰值检波器已不能客观评估此类干扰之特性,军规测试EMC对于单一脉冲或重复频率很低之脉冲进行检测,常用峰值检波,由于峰值检波是要测试出干扰讯号振幅之最大值,故它只取决于讯号之幅度而与时间无关,其充电放电时间常数比值TC/TD要足够小,通常TC/TD为几百分之一平均值检波主要用来测试窄频之连续波、调谐波干扰,其充放电时间常数比值TC/TD为1若是干扰经常由许多__之脉冲源产生,而往往是随机的,则最好使用均方根检波器选用检波器取决于被测受干扰源之性质以及所受保护之对象,对于同一干扰杂讯用不同检波器测得之值是不同,而各种检波器对脉冲干扰之相对响应也是不同但将测试数据通过转换后,仍可得出一致之结果,有些接收机只有峰值或准峰值检波器,此时只需通过准峰值或峰值转换器转换,就能满足不同之测试要求频谱分析仪频谱分析仪之检波器为峰值检波,因而满足军规EMC测试要求,但不符合欧美EMC商规及我国电磁相容性国家标准CNS13430系列规定之极限值测试为此必须在输入端配备预选器Preselector以防止混频器饱和,改善频谱分析仪之S/N比,提高灵敏度,并且在中频输出端配备准峰值转换器或检波器则系统灵敏度、动态范围也提高,就可以满足军规EMC测试及CISPR标准测试EMI测试接收机与频谱分析仪两类设备各有优缺点︰测试接收机之优点有测试准确度高、动态范围大、频率分辨率高、灵敏度高、互调干扰小及有四种基本检波方式;缺点就是不能像频谱仪分析仪在很宽之频率范围内展开观察,而对被测讯号无法快速进行频谱分析和振幅测试频谱分析仪之优点是能在很宽广之频率范围内观察而迅速地对被测讯号进行频谱分析和振幅测试、测试设备相对简单及测试比较方便;缺点就是测试准确度相对差一些、频率分辨率较低、互调干扰大、选择性较差及只有单一峰值检波方式EMC测试用天线电磁相容性测试频率范围从几10Hz到几10GHz,在这么宽之频率范围内作电磁干扰及电磁耐受性测试,所用天线种类繁多,且必须借助各种探测天线把被测场强转换成电压电磁相容性试验中各频段优先使用之天线,包括在150Hz~30MHz采用棒状与环路天线,30MHz~300MHz采用偶极与双锥天线,300MHz~1GHz采用偶极、对数周期及对数螺旋天线,1GHz~40GHz采用喇叭天线,这些天线之相关参数与理论可参考制造厂商提供天线出厂之资料电磁相容性测试用天线具有下列特点︰广泛的应用到宽频带天线,为了提高测试速度,不得不采用宽频带天线,除非只对少数已知之干扰频率点进行测试宽频频带天线在出厂前提供校正曲线,使用时需输入此天线因素天线增益不高,方向性不甚明显不少试验用天线都工作在近场区,测试结果对测试距离很敏感,为此试验中必须严格按试验规定进行其次,在近场区电场、磁场之比波阻抗不再是个常数,所以有些天线虽然给了电场、磁场之校正系数,但只有当这些天线作远场测试时才有效,测试近场干扰时,电场与磁场测试结果不能再按此换算,这是在试验中容易忽略之问题天线之场强测试动态范围较宽,应根据测试对象正确选用,电磁相容性试验之场强相差很大,对强大场强虽然可用衰减器扩大天线量测范围,但应以不损坏天线转换器为前提收、发天线有时是不能互易,如同为双锥天线,收、发用天线有区别,收、发环路天线也不同,使用时不能互换平行板天线车辆零组件执行电磁场辐射耐受性试验ISO___52-6时,需要均匀横电磁波之测量环境利用平行板线,在其一端接相应之讯号产生器与功率放大器,另一端接匹配负载,可在两平行板间产生横电磁波之行波状态详见图当两板间距为d,所加电压为V时,平行板之电场强度E为E=V/d....(2)平行板线之工作频率与终端负载之匹配情况有关,而且与平行板之间之距离d成反比,距离越大,上限工作频率越低随频率上升,传输讯号之/4送到平皮间距d时,平行板在其开放之侧面将产生强烈辐射,以致于影响周围其它测试设备之工作,甚至危害试验人员之健康因此,当其内部电场较强时,应将其放在电磁隔离室内,或在其开放之侧面布置适当之可__吸波材料墙当频率进一步提高时,板间将出现高次模,使板间电磁场发生畸变,一般把出现高次模之频率定为平行板线之上限频率当待测件置于平行板时,原来之均匀电场将发生畸变,为此通常规定待测件之体积应小于两板中间体积之1/3与一般采用辐射天线对待测件进行电场辐射耐受性试验相比,平行板线有下列优点︰可在宽频段范围内产生平面波场;所有能量集中在平行板间,因而电磁能量利用率高,不需很大瓦特数之功率讯号放大器就可在板间产生高于25V/m之场强车辆零组件规格;平行板线之造价与其它产生场强,用以进行电磁耐受性试验之方法和装置相比,成本较低其主要缺点是︰仅适用于如车辆零组件等小型设备之试验,对周围之辐射较为严重,影响监测仪器之功能及操作人员之健康这些缺点限制了应用,从1980年以来,平行板线已逐渐被横电磁波室所取代,但在电磁脉冲EMP研究中,仍将其作为场强模拟装置横电磁波室TEM/GTWM__LL横电磁波TransverseElectro__gnetic,TEM室是利用传输线原理,由同轴线演变而来,一种内部能传输均匀横电磁波之长方形测试室它是电子电机设备电场辐射耐受性试验之理想装置,除了可进行射频连续波耐受性,脉冲波耐受性试验外,还可用于测试电子电机设备所产生之辐射干扰,及作为对各种近场测试探夹如电流注入感应器、电压感应器、场强感应器等进行校正用之标准场源装置图为横电磁波室之示意图,如图所示,横电磁波室由矩形外导体和平板中心接地导电板所构成,两端通过四面尖锥过渡区与精密50咫冷型同轴连接器连接,接地导电板用绝缘支架固定,将横电磁波室分成两部分待测件之供电系统通过电源滤波器进入,长方形横电磁波室之优点是腔体内之场强比较均匀,而正方形横电磁波室之优点是在相同可用空间条件下,工作频率范围较宽,所需用料省,体积较小与平行板线相类似,待测件在横电磁波室占有之空间一般不超过接地导电板到底板间距的三分之一和前后壁板间距的三分之一,横电磁波室之工作频率与终端负载之匹配情况有关,上限频率依赖于接地导电板到上下底板间距之尺寸,而且与接地导电板到底板间距d成反比,距离越大,上限工作频率越低为了使横电磁波室之工作频率提高到1GHz范围,于是GTEMGigahertzTEM横电磁波室因应而生,它之外型是斜面角锥状,详加说明如图,待测件放置方式与TEM横电磁波室类似,如图所示,有各种不同之终端负载,因为工作频率与终端负载之匹配情况有关,目前欧美EMC商规已经广泛应用GTEM横电磁波室来执行辐射发射与辐射耐受性测试典型军规、商规之电磁相容性测试无论是美军军规、欧美商规或车辆用电磁相容性测试标准与规范,都对EMI/EMS各类试验,就仪器之配备、场地布置、试验步骤、连接方式等都有严格之规定,试验时应严格按照规格要求执行由表及表摘要得知电磁相容性测试种类太多,实在无法逐一详细说明,因此下面列举了几个典型__、RE、CS及RS等EMC测试之试验方法电源线传导干扰发射测试ConductedEmission,__参考规格︰MIL-STD-461D/462D,__10210kHz~10MHz,规格极限如图7 FCCPart15(450kHz~30MHz) CISPRPub22(150kHz~30MHz)从规格极限图就可知道以上各种__规格之差异,实际摆设、电缆、引线和接地平板间之最小间隔亦有些差异,其中细节相关规格皆有阐述电源线传导干扰测试目的︰待测件所有适用于上列参考规格之频率范围内交直流电源输入和输出线包括设备内部不接地之中线之传导干扰测试电源线传导干扰测试所需配备︰如图8所示,以__102为例,电缆、引线和接地平板间之最间隔为5cm,从待测件LISN或到贯穿电容之电源线长度不超过2cm,待测设备之每条电源线,从导线分界处到LISN或贯穿电容器之长度是2m,根据测试系统之灵敏度及宽频带测试要求选用阻抗匹配变换器和滤波器 电源线传导干扰测试步骤︰将电流探夹沿每根电源线之导线分界处到LISN或贯穿电容器之线段上__,以使频谱分析仪或测试接收机之读数最大,并记录读数,所得结果与规格极限图比较即可知道是否合格电场辐射干扰发射测试RadiatedEmission,RE参考规格︰MIL-STD-461D/462D,RE102(10kHz~18GHz) FCCPart15(30MHz~1GHz) CISPRPub22(30MHz~1GHz)电场辐射干扰测试目的︰测试电子电机、电气和机电设备及其组件所辐射之电磁发射,包括来自所有组件、电缆及连接线上之杂讯发射它适用于发射机之基本波发射、假电讯发射、振荡器发射及宽频带发射,但不包括天线之辐射发射与交连导线上之电场辐射电场辐射干扰测试所需配备︰如图9所示,按照待测件之性质,可分为桌上型配备及落地型配备以CISPRPub22之开放空间测试为例,旋转台上木桌高度80公分,天线与待测件距离10m,在1m至4m间升降天线,同时待测件应在转台上旋转,找出最大辐射点对不同频率,选择相应之测试天线,以上电场辐射试验亦可在隔离室内进行之传导耐受性测试ConductedSus__ptibility,CS参考规格︰MIL-STD-461D/462D,CS10210kGHz~10MHzIEC1000-4-6150kHZ~30MHz传导耐受性测试︰如图10示,以IEC1000-4-6为例,RF电压直接注入电源线或讯号线,试验水准有三种
1、3及10V;频率范围是150kHz~80MHz,使用耦合/去耦合网路,可加振幅调变电场辐射耐受性测试RadiatedSus__ptibility,RS参考规格︰MIL-STD-461D/462D,RS10310kHz~18GHz,IEC1000-4-380MHz~1GHz电场辐射耐受性测试︰如图11所示,以IEC1000-4-3为例,测试设备对于规定频谱成分和规定强度之电场辐射场之耐受性RF讯号经由天线辐射RF功率,对试件产生干扰,干扰频率范围在80MHz~1GHz,试验水准分1V/m,3V/m,10V/m;试验方向包括前、后、左、右上、下,使用无电波反射室需符合16点均匀场之规定,试件至天线距离3米,可加振幅调变电场辐射耐受性测试横电磁波室法,10kHz~200MHz参考规格︰ISO___52-310kHz~200MHz横电磁波室法电场辐射耐受性测试︰以ISO___52-3为例,如图12所示,使设备尽可能置于接近地电位处,待测件尺寸最好符合三分之一原则,连接线和电源线保持在底板上面4~6cm处待测件应在它直立位置之两个方向上进行测试,一个方向使设备前面板,沿著横电磁波室长度方向另一个方向使设备之前面板,对著锥形过渡段方向设定对待测件耐受性之频率和最小场强或按规定之极限值作耐受性试验,试验频率不应超出正常之工作频率范围其他较常用之电磁耐受性测试静电放电耐受性测试ESD︰参考规格IEC1000-4-2如图13所示静电放电波形,模拟人体所带静电对产品之影响试验点包括所有接触面如图14所示,空气放电加至15kV,接触放电加至8kV含垂直与水平耦合,试验次数分正负极性,至少各放电10次,试验间隔一般约1秒钟,静电放电测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格电性快速暂态耐受性测试EFT/Burst︰参考规格IEC1000-4-4如图15所示快速暂态波形,干扰频率为5kHz,试验水准分0·25kV~4kV,杂讯脉冲型式在5/50ns,试验模式用来干扰电源线与讯号线,杂讯耦合模式可分直接入与电容性线夹,试验方法分正负极性,不同两线接法均可测试测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格 雷击突波耐受性测试Surge︰参考规格IEC1000-4-5如图16所示雷击突波波形,模拟雷击诱导与电感性负载切换,试验水准为
0.5kV~4kV,脉冲型式在
1.2/50us8/20us,10×700us;试验模式可分电源线与讯号通讯线,试验方法包括正负极性、相位,不同两线接法均可测试,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格 电源频率磁场耐受性测试︰参考规格IEC1000-4-8如图17之测试架构,模拟电流流经电力线所产生之电源频率磁场,模拟器须提供连续120A与暂态1200A之电流,经诱导线圈注入电流sinusoid产生干扰源,试验水准包括1,3,10,30,100A/m;试验方向可分前后、左右、上下;试验环境电磁场至少需低于试验条件20dB以上,试件至诱导线圈距离约为试件直径之1/3,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格电压瞬降瞬断耐受性测试︰参考规格IEC1000-4-11如图18之测试架构,模拟电源暂态快速变动与缓慢连续变动,试验模式只有电源线,试验水准包括0%,40%,70%;持续周期可分
0.5,
1.5,10,25,50cycles︰侵入电流为100-120V/250A,220-240V/500A等;试验方法包括变动相位范围0~360度,间隔范围3dips/s;电压上升、下降速率范围1~5us等等,测试前后要同时监测待测件功能是否正常,以判定是否合格电磁相容性测试可以采用人工操作及自动控制操作之方法,由于人工操作在电磁干扰发射EMI测试中要手动调谐,随不同频率点校准及鉴别宽、窄频带;在电磁耐受性EMS测试中随不同频率点调谐,确定施加讯号强度,人为观察动态,以判定是否合格因而使得人工操作测试速度慢,重复性差,难以进行实际测量采用电脑控制之EMI、EMS自动测试系统有测试灵活、误差小与重复性好等优点,而且可以进行即时测试,目前国内业者已经普遍使用结语电磁相容性测试基本上已经在验证产品量产前是否符合电磁相容规范,但是,就笔者之经验,显示顾客层中包括军规与商规业者百分之八十五之设计者都在产品研发后期,才来考虑电磁相容设计,这时要作EMI问题的修改,往往捉襟见肘,无法克尽全功因此,只有在研究新型产品之初期,拟订产品电磁相容设计整体规划书及电磁相容设计指南,才能有系统地整合接地、布线、搭接、滤波、包装与隔离等根本因素,完成符合电磁相容设计之布局参考资料电磁兼容测试领域、手段和方法EMC标准规定了相应的限定值、测量方法和需要使用的仪器,EMC测试系统需要大量专门知识和经验,主要涵盖三大领域电磁兼容中的发射辐射测试RadiatedEmissions、传导辐射测试ConductedEmissions和敏感度测试RFISus__ptibility,即干扰骚扰和抗干扰能力两个方向EMC在测量手段上,主要由测试场地和测试仪器组成 测试场地主要包括开阔场地、电波暗室、屏蔽室等,构成测试环境 开阔埸根据标准要求通常测试场成椭圆形,长轴是焦距两倍,短轴是焦距√3倍,发射与接收天线分别置椭圆两个焦点上两个焦点距离是要求的测量距离,根据现有标准可分为3米、10米30米我国大多为3米法测量、美国FCC标准和英国VDE标准为10米法测量 屏蔽室screenroom在EMC测试中,屏蔽室能提供环境电平低而恒定的电磁环境,它为测量精度的提高,测量的可靠性和重复性的改善带来了较大益处但是由于被测设备在屏蔽室中产生的干扰__通过屏蔽室的六个面产生无规则的漫反射,特别是在辐射发射测量和辐射敏感度测量中表现更严重,导致在屏蔽室内形成驻波而产生较大的测量误差目前国内生产的屏蔽室的屏蔽效能在10Kz-10GHz频率范围内一般>100dB 电波暗室anechoicchamber:通常所说的电波暗室在结构上大都由屏蔽室和吸波材料两部分组成在工程应用中又分全电波暗室fullyanechoicchamber六面装有吸波材料和半电波暗室semianechoicchamber地面为金属反射面全电波暗室可充当标准天线的校准埸地,半电波暗室可作为EMC试验场地电波暗室的主要性能指标有“静区”、“工作频率范围”等六个指标静区是指射频吸波室内受反射干扰最弱的区域 横电磁波传输小室简称TEM小室TransverseElectro__gneticTran__ission__ll,1974年由美国国家标准局NBS专家首先系统论述改善了开阔场、电波暗室的一些缺点,外形为上下两个对称梯形TME小室优点是结构简单,主要缺点是可用频率上限与可用空间存在矛盾标准TEM小室的测量尺寸大约限定在设计的最小工作波长的四分之一范围 非对称横电波传输室简称ATEM小室AsymmetricTransverseElectro__gneticTran__ission__ll通常TEM小室呈对称形,ATEM小室为非对称形,其外形为中间是方形的两头为非对称的棱锥形 测试仪器即测试设备,在EMC测试中,需要使用较多测试仪器,如频谱分析仪、电磁场干扰测量仪、场监系统、高频__源、功率放大器等,但是EMC测试设备大致分为两类 一类是电磁干扰EMI测量设备,设备接上适当的传感器,就可以进行电磁干扰测量为测量电磁干扰,在商用领域干扰接收方通常为收听者或观看者,将测量仪器代替因此,所有用于商用EMI测量的测试接收机都应具有内置的类人反应它们必须具有一个准峰值加权检波器,以便将人对干扰的感知显示为一个测量值在军用领域,干扰接收方假设是一个能够响应最大干扰电平技术设备,因此测量干扰的峰值电平 另一类是在电磁敏感度EMS测量,设备模拟不同干扰源,通过适当的耦合/去耦网络、传感器或天线,施加于各类被测设备,用作敏感度或干扰度测量其中无线电频率电磁辐射场和由射频场引起的传导两项试验所需的仪器相对多一些,除传统的高频__源、高频功率放大器、功率计、场监系统、计算机及相应的专用测试软件和接口等外,还需要一些专用仪器,如浪涌仪、静电发生器、电快速瞬变模拟器等如不考虑广播电视及相关产品的EMS测试,无线电EMS测试仪器__一般在一二百万人民币左右 在以上两类EMC测试设备的基础上,需要配备专业的EMC测量软件在所用测量仪器和测量方法严格符合相关规定和标准的情况下,才有可能实现可重复的EMC测量北京海洋仪器推出的EMI测试设备符合关于测量仪器的相关标准,是否符合所规定的测量方法取决于用户通过专业的测量软件可实现正确和省时的测量,从而防止这个问题的发生很多EMC测量软件包可以减轻用户进行日常设置的烦恼,并且提供了从自动修正耦合/去耦网络的传感器频率相关系数、自动选择相应的限定值、以图形或表格形式显示结果,一直到生成测试报告的便捷性 在测试场地和测试仪器的基础上,无线电电磁环境测试的测量方法依据标准不同,相应有许多种测量方法,总的来讲分为四类传导发射测试、辐射发射测试、传导敏感度抗扰度测试和辐射敏感度抗扰度测试 在测量方法的基础上,测试诊断过程尤其重要,合理科学的测试步骤,可以大大提高测试诊断效率和效果,见图电磁干扰发射与故障分析步骤 电磁兼容测试一般首先测量干扰发射,因为干扰发射的试验费用一般比敏感度试验费用低另外当设备的干扰发射能够满足要求时,往往敏感度也不会有大的问题因为几乎所有的解决干扰发射的措施同样对改善敏感度有效测量干扰发射时要先测量传导发射,不仅要在标准规定的频率范围内测量,还要对更高的频率进行摸底测量当电源线上有较强的干扰电流时,要先解决这个问题因为这些传导干扰电流会借助导线的天线作用产生辐射,导致辐射发射不合格 当传导发射完全合格后,再进行辐射发射测试对于辐射发射不合格的频率,要记录下精确频率,便于在用近场探头查找问题时,将频谱分析仪的扫描范围设置在干扰频率附近 因为EMC测试对环境和仪器要求比较高,专业EMC测试标准实验室,在进行测试前,需要充分准备,才能做到测试准确和避免人身伤害EMC专业测试准备主要围绕以下几个方面
①试验场地要求建立电波暗室和屏蔽室,电波暗室用于辐射发射和辐射敏感测试,屏蔽室用于传导发射和传导敏感度测试
②环境电平要求传导和辐射的电磁环境电平最好远低于标准规定的极限值,一般使环境电平至少低于极限值6dB
③试验桌
④测量设备和被测设备的隔离
⑤敏感性判别准则一般由被测方提供,并实时监视和判别,以测量和观察的方式确定性能降低的程度
⑥被测设备的放置为保证实验的重复性,对被测设备的放置方式通常有具体的规定产品研发、EMC预测试等非标准EMC合规性测试,测试准备比EMC测试标准实验室要求简单,有的只是定性分析,查出故障或干扰源即可,测试设备既简单又便宜电磁兼容EMI的测试方法和电磁干扰的防范措施电磁兼容是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干扰能力它包括电磁干扰EM1和抗干扰性EMS两个方面其中电磁干扰分为由空间产生的辐射干扰RE辐射和由电源线__传输线产生的传导干扰__传导所有的电子设备必须满足电磁兼容的指标要求,判定它是否合格,就需对它进行测试在场强和干扰的测试中,实际测试场都存在几种不规则的场,有以下几种开阔场、屏蔽室、电波暗室、横电磁波传输室而对于EMI的测试应用电路有电流探头和功率吸收钳、人工电源网络、天线方向图测量等以下是R·S公司ESIB26型EMI为例在屏蔽室测试的校准和测试过程1电磁环境电平的要求在屏蔽室进行测试时,EUT断电和所有辅助设备通电时测得的电磁环境电平应至少低于规定的极限值6dB,电源线上的传导环境电平应在断开EUT但连接一个电阻负载情况下测量,该电阻负载应流过与EUT相同的额定电流测试区内应没有无关的人员、设备、电缆架和桌子等只有测试必需的设备才能放到测试区或屏蔽室内及必需参与测试工作的人员才允许进入屏蔽室内EUT被测件的放置一般要求EUT放置在测试工作台上,在测试传导发射时,EUT的电源供给由LISN互定网络提供;在测试辐射发射时,EUT的发射端口与接收天线的距离应保持在1米2__101的校准和测试.1连接好所有的测试电缆和计算机控制GPIB电缆;2采用软件ES—II对接收机进行自校;3所有测试设备必须供电半小时后方可进行测试;4用标准__源对测试回路进行校准,从而消除__路径的误差5__101的校准框图如图1图6设置__源的频率分别为lkHz、3kHz、10kHz三点,分别设置功率对测试回路进行校准7__101的测试频率范围为301Hz~10KHz,主要是测试电源线传导发射,在测试时必须在接收机前加20dB的衰减器,以防止由于__过大损坏接收机测试框图如图2;3__102的标准和测试1校准框图如图3;2设置__源的频率分别为10KHz、100KHz、2KHz、10KHz四点,分别设置功率对测试回路进行标准3__101的测试频率范围为10KHz~10KHz,主要是测试电源线传导发射,测试框图如图4;4__106的标准和测试1按照标准要求,标准只是检查路径,用__源施加一个低于标准极限值6dB的标准__,其频率在测试频率范围的中段上,用与正常数据采集同样的方法使测量接收机扫描,确定测得的__电平是否在输入__电平的±3dB范围之内2__106的频率测试范围为10KHz~40GHz,它主要测试天线端子的传导发射,测试框图如图55RE101的校准和测试1校准框图如图62设置__源的频率为50Khz,功率为适宜的对测试回路进行标准3RE101的频率测试范围为30Hz~100KHz,它主要测试磁场辐射发射,测试框图如图76RE102的标准和测试1校准和测试框图与图6相同;2由于它的频率测试范围为10KHz~18GHz,用一根接收天线无法完成整个频段的测试,所以一般是用几根天线分段进行RE102的测试RE102主要是测试电场辐射发射7电磁干扰的防范措施7.1抑制电磁干扰源尽量去掉对设备或系统工作用处不大的潜在电磁干扰源,减少干扰源的个数;恰当选择元器件和线路的工作模式,尽量使设备工作在特性曲线的线性区域,以使谐波成分降低;对有用的电磁发射或__输出也要进行功率限制和频带控制;合理选择电磁波发射天线的类型和高度,不盲目追求覆盖__和__强度;合理选择电磁脉冲形状,不盲目追求上升时间和幅度;控制产生电弧放电和电火花,宜选用工作电平低的或有触点保护的开关或继电器,宜选用加土精密的直流电机;应用良好的接地技术来抑制接地干扰、地环路干扰并抑制高频噪声7.2抑制干扰耦合把携带电磁噪声的元件和导线与连接敏感元件或电磁干扰特性测量端口、界面隔离;缩短干扰耦合路径的长度,应使导线尽量短,必要时使用屏蔽线或加屏蔽套;注意布线和结构件的天线效应,对通过电场耦合的辐射,尽量减少电路的阻抗;而对通过磁场耦合的辐射,则尽量增加电路的阻抗;应用屏蔽等技术隔离或减少辐射途径的电磁干扰;应用滤波器、脉冲吸收器、隔离变压器和光电耦合器等滤除或减少传导途径的电磁干扰我国现行的电磁兼容EMC测试标准和对应的国外标准标准代号标准名称对应国际/国外标准GB/T4365-1996电磁兼容术语IEC
50、IEC16190GJB76-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语--GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范--GB3907-83*工业无线电干扰基本测量方法--GB4859-84*电气设备的抗干抗扰度性基本测量方法--GB/T15658-1995城市无线电噪声测量方法--GB8702-88电磁辐射防护规定--GB/T
13926.1-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论--GB/T
13926.2-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求--GB/T
13926.3-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求--GB/T
13926.4-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求--GB/T14431-93无线电业务要求的__/干扰保护比和最小可用场强--GB4824-1996工业、科学和医疗(I__)射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值CISPRII
(90) GB4343-1995家用和类似用途电动、电热器具、电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许值CISPR14
(93) GB
4343.2-1999电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第2部分抗扰度-产品类标准CISPR14-21997 GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范-- GB/T
6113.2-1998无线电干扰和抗扰度测量方法-- GB/T17618-1998信息技术设备抗扰度限值和测量方法CISPR24
(97) GB/T17619-1998机动车电子器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法GB/T
17624.1-1998电磁兼容综述电磁兼容基本术语和定义的应用与解释IEC61000-1-1GB
17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流<16A)IEC61000-3-21995GB
17625.2-1999电磁兼容限值对额定电流不大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制GB/T
17626.1-1998电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论IEC61000-4-1
(1992)GB/T
17626.2-1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验IEC61000-4-21995GB/T
17626.3-1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场抗扰度试验IEC61000-4-31995GB/T
17626.4-1998电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验IEC61000-4-41995 GB/T
17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T
17626.6-1998电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导抗扰度IEC61000-4-61996GB/T
17626.7-1998电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则IEC61000-4-71991GB/T
17626.8-1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验IEC61000-4-81993GB/T
17626.9-1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验IEC61000-4-91993GB/T
17626.10-1998电磁兼容试验和测量技术阻屁振荡磁场抗扰度试验IEC61000-4-101993GB/T
17626.12-1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验IEC61000-4-121995GJB/Z17-1991军用装备电磁兼容性管理指南GJB/Z25-1991电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南GJB/Z54-1994系统预防电磁能量效应的设计和试验指南GJB/Z105-1998电子产品防静电控制手册GJB1210-1991接地、搭接和屏蔽设计的实施GJB13__-1992系统电磁兼容性要求GJB2079-1994无线电系统间干扰的测量方法GJB2081-199487~108MHz频段广播业务和108~137MHz频段__业务之间的兼容--GJB2926-1997电磁兼容性测试试验室认可要求GJB3007-1997防静电工作区技术要求GJB151A-97军用电子设备和分系统电磁发射和敏感度要求GJB152A-97军用电子设备和分系统电磁发射和敏感度测量GB12190-90高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法GB
6833.1-86*电子测量仪器电磁兼容性试验规范总则GB
6833.2-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范磁场敏感度试验GB
6833.3-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范静电放电敏感度试验GB
6833.4-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范电源瞬态敏感度试验GB
6833.5-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范辐射敏感度试验GB
6833.6-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范传导敏感度试验GB
6833.7-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范非工作状态磁场干扰试验GB
6833.8-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范工作状态磁场干扰试验GB
6833.9-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范传导干扰试验GB
6833.10-87*电于测量仪器电磁兼容性试验规范辐射干扰试验GB7343-87*10kHZ~30MHZ无源无线电干扰滤波器和抑制元件抑制特性的测量方法GB7349-87*高压架空输电线、变电站无线电干扰测量方法GB9254-1998信息技术设备的无线电搔扰限值和测量方法GB9383-1995声音和电视广播接收机及有关设备传导抗扰度限值及测量方法CISPR20
(90)GB13421-92无线电发射机杂散发射功率电平的限值和测量方法GB13836-92*30MH2~1GH声音和电视__的电缆分配系统设备与部件辐射干扰特性允许值和测量方法 GB13837-1997声音和电视广播接收机及有关设备无线电干扰特性限值和测量方法CISPR13
(1996) GB/T13838-92声音和电视广播接收机及有关设备辐射抗扰度特性允许值和测量方法CISPR20
(90) GB13839-92声音和电视广播接收机及有关设备内部抗扰度允许值和测量方法CISPR20GB14023-92车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电干扰特性的测量方法及允许值 GB15540-1995陆地__通信设备电磁兼容技术要求和测量方法GB15707-1995高压交流架空送电线无线电干扰限值GB/T15708-1995交流电气化铁道电力机车运行产生的无线电辐射干扰的测量方法GB/T15709-1995交流电气化铁道接触网无线电辐射干扰测量方法GB15734-1995电子调光设备无线电骚扰特性限值及测量方法GB15949-1995声音和电视__的电缆分配系统设备与部件抗扰度特性限值和测量方法GB/T16607-1996微波炉在1GHz以上的辐射干扰测量方法CISPR19
(83)GB16787--199730MHz~1GHz声音和电视__的电缆分配系统辐射测量方法和限值GB7343-1987无源无线电干扰滤波器和抑制元件抑制特性的测量方法(CISPR18-1986)GB6364-86__无线电导航台站电磁环境要求GB6830-86__线路遭受强电线路危险影响的容许值GB7432-87*同轴电缆载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标GB7433-87*对称电缆载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标GB7434-87*架空明线载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标GB7495-87架空电力线路与调幅广播收音台的防护问距GB13613-92对海中远程无线电导航台站电磁环境要求GB13614-92短波无线电测向台(站)电磁环境要求GB13615-92地球站电磁环境保护要求GB13616-92微波接力站电磁环境保护要求GB13617-92短波无线电收信台(站)电磁环境要求GB13618-92对空情报雷达站电磁环境防护要求-GB/T13620-92卫星通信地球站与地面微波站之间协调区的确定和干扰计算方法GB9254-1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法CISPR22
(1997)GB17743-1999电气照明和类似设备的无线电干扰特性的限值和测量方法CISPR15
(1996)*QJ1211-870122;V06__系统地面设施接地要求国内QJ1213-870122;V06电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法国内*QJ1539-880122;V751__遥测系统的电磁兼容性要求和测量方法国内*QJ1692-__0122;V06__系统地面设施电磁兼容性要求国内QJ1693--__0122;V06电子元器件防静电要求国内QJ1760-__0122;V06用频谱仪测量电磁干扰的方法国内*QJ1874-900122;V06接地、搭接和屏蔽的设计应用国内*QJ1875-900122;V06静电测试方法国内QJ1875A-980122;V06静电测试方法国内QJ1950-900122;V06防静电操作系统技术要求国内QJ2177-910122;V06防静电安全工作台技术要求国内QJ2245-920122;V06电子仪器和设备防静电要求国内QJ2256-920122;V06系统预防电磁能量效应的设计和试验指南国内QJ2266-920122;V06__系统电磁兼容性要求国内*QJ2268-920122;V711地(舰)空导弹武器系统抗干扰性能要求国内QJ2350-920122;V06电磁辐射敏感度的测试方法横电磁波传输室测量国内QJ2__2-970122;V06EMI衬垫的测量与评价方法国内QJ3035-980122;V27电子机柜电磁屏蔽要求和测试方法国内我国现行的电磁兼容标准EMC标准一览表标准代号标准名称对应国际/国外标准GB/T4365-1996电磁兼容术语IEC
50、IEC16190GJB76-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语--GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范--GB3907-83*工业无线电干扰基本测量方法--GB4859-84*电气设备的抗干抗扰度性基本测量方法--GB/T15658-1995城市无线电噪声测量方法--GB8702-88电磁辐射防护规定--GB/T
13926.1-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性总论--GB/T
13926.2-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性静电放电要求--GB/T
13926.3-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性辐射电磁场要求--GB/T
13926.4-92工业过程测量和控制装置的电磁兼容性电快速瞬变脉冲群要求--GB/T14431-93无线电业务要求的__/干扰保护比和最小可用场强--GB4824-1996工业、科学和医疗(I__)射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值CISPRII
(90)GB4343-1995家用和类似用途电动、电热器具、电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和允许值CISPR14
(93)GB
4343.2-1999电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第2部分抗扰度-产品类标准CISPR14-21997GB/T6113-1995无线电干扰和抗扰度测量设备规范--GB/T
6113.2-1998无线电干扰和抗扰度测量方法--GB/T17618-1998信息技术设备抗扰度限值和测量方法CISPR24
(97)GB/T17619-1998机动车电子器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法GB/T
17624.1-1998电磁兼容综述电磁兼容基本术语和定义的应用与解释IEC61000-1-1GB
17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值(设备每相输入电流<16A)IEC61000-3-21995GB
17625.2-1999电磁兼容限值对额定电流不大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制--GB/T
17626.1-1998电磁兼容试验和测量技术抗扰度试验总论IEC61000-4-1
(1992)GB/T
17626.2-1998电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验IEC61000-4-21995GB/T
17626.3-1998电磁兼容试验和测量技术射频电磁场抗扰度试验IEC61000-4-31995GB/T
17626.4-1998电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验IEC61000-4-41995GB/T
17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验--GB/T
17626.6-1998电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导抗扰度IEC61000-4-61996GB/T
17626.7-1998电磁兼容试验和测量技术供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则IEC61000-4-71991GB/T
17626.8-1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验IEC61000-4-81993GB/T
17626.9-1998电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验IEC61000-4-91993GB/T
17626.10-1998电磁兼容试验和测量技术阻屁振荡磁场抗扰度试验IEC61000-4-101993GB/T
17626.12-1998电磁兼容试验和测量技术振荡波抗扰度试验IEC61000-4-121995GJB/Z17-1991军用装备电磁兼容性管理指南--GJB/Z25-1991电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南--GJB/Z54-1994系统预防电磁能量效应的设计和试验指南--GJB/Z105-1998电子产品防静电控制手册--GJB1210-1991接地、搭接和屏蔽设计的实施--GJB13__-1992系统电磁兼容性要求--GJB2079-1994无线电系统间干扰的测量方法--GJB2081-199487~108MHz频段广播业务和108~137MHz频段__业务之间的兼容--GJB2926-1997电磁兼容性测试试验室认可要求--GJB3007-1997防静电工作区技术要求--GJB151A-97军用电子设备和分系统电磁发射和敏感度要求--GJB152A-97军用电子设备和分系统电磁发射和敏感度测量--GB12190-90高性能屏蔽室屏蔽效能的测量方法--GB
6833.1-86*电子测量仪器电磁兼容性试验规范总则--GB
6833.2-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范磁场敏感度试验--GB
6833.3-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范静电放电敏感度试验--GB
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6833.5-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范辐射敏感度试验--GB
6833.6-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范传导敏感度试验--GB
6833.7-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范非工作状态磁场干扰试验--GB
6833.8-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范工作状态磁场干扰试验--GB
6833.9-87*电子测量仪器电磁兼容性试验规范传导干扰试验--GB
6833.10-87*电于测量仪器电磁兼容性试验规范辐射干扰试验--GB7343-87*10kHZ~30MHZ无源无线电干扰滤波器和抑制元件抑制特性的测量方法--GB7349-87*高压架空输电线、变电站无线电干扰测量方法--GB9254-1998信息技术设备的无线电搔扰限值和测量方法--GB9383-1995声音和电视广播接收机及有关设备传导抗扰度限值及测量方法CISPR20
(90)GB13421-92无线电发射机杂散发射功率电平的限值和测量方法--GB13836-92*30MH2~1GH声音和电视__的电缆分配系统设备与部件辐射干扰特性允许值和测量方法--GB13837-1997声音和电视广播接收机及有关设备无线电干扰特性限值和测量方法CISPR13
(1996)GB/T13838-92声音和电视广播接收机及有关设备辐射抗扰度特性允许值和测量方法CISPR20
(90)GB13839-92声音和电视广播接收机及有关设备内部抗扰度允许值和测量方法CISPR20GB14023-92车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电干扰特性的测量方法及允许值--GB15540-1995陆地__通信设备电磁兼容技术要求和测量方法--GB15707-1995高压交流架空送电线无线电干扰限值--GB/T15708-1995交流电气化铁道电力机车运行产生的无线电辐射干扰的测量方法--GB/T15709-1995交流电气化铁道接触网无线电辐射干扰测量方法--GB15734-1995电子调光设备无线电骚扰特性限值及测量方法--GB15949-1995声音和电视__的电缆分配系统设备与部件抗扰度特性限值和测量方法--GB/T16607-1996微波炉在1GHz以上的辐射干扰测量方法CISPR19
(83)GB16787--199730MHz~1GHz声音和电视__的电缆分配系统辐射测量方法和限值--GB7343-1987无源无线电干扰滤波器和抑制元件抑制特性的测量方法(CISPR18-1986)--GB6364-86__无线电导航台站电磁环境要求--GB6830-86__线路遭受强电线路危险影响的容许值--GB7432-87*同轴电缆载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标--GB7433-87*对称电缆载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标--GB7434-87*架空明线载波通信系统抗无线电广播和通信干扰的指标--GB7495-87架空电力线路与调幅广播收音台的防护问距--GB13613-92对海中远程无线电导航台站电磁环境要求--GB13614-92短波无线电测向台(站)电磁环境要求--GB13615-92地球站电磁环境保护要求--GB13616-92微波接力站电磁环境保护要求--GB13617-92短波无线电收信台(站)电磁环境要求--GB13618-92对空情报雷达站电磁环境防护要求--GB/T13620-92卫星通信地球站与地面微波站之间协调区的确定和干扰计算方法--GB9254-1998信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法CISPR22
(1997)GB17743-1999电气照明和类似设备的无线电干扰特性的限值和测量方法CISPR15
(1996)*QJ1211-870122;V06__系统地面设施接地要求国内QJ1213-870122;V06电磁屏蔽室屏蔽效能的测量方法国内*QJ1539-880122;V751__遥测系统的电磁兼容性要求和测量方法国内*QJ1692-__0122;V06__系统地面设施电磁兼容性要求国内QJ1693--__0122;V06电子元器件防静电要求国内QJ1760-__0122;V06用频谱仪测量电磁干扰的方法国内*QJ1874-900122;V06接地、搭接和屏蔽的设计应用国内*QJ1875-900122;V06静电测试方法国内QJ1875A-980122;V06静电测试方法国内QJ1950-900122;V06防静电操作系统技术要求国内QJ2177-910122;V06防静电安全工作台技术要求国内QJ2245-920122;V06电子仪器和设备防静电要求国内QJ2256-920122;V06系统预防电磁能量效应的设计和试验指南国内QJ2266-920122;V06__系统电磁兼容性要求国内*QJ2268-920122;V711地(舰)空导弹武器系统抗干扰性能要求国内QJ2350-920122;V06电磁辐射敏感度的测试方法横电磁波传输室测量国内QJ2__2-970122;V06EMI衬垫的测量与评价方法国内QJ3035-980122;V27电子机柜电磁屏蔽要求和测试方法国内一些新型测试室的介绍近十年,人们逐渐__使用混响室进行电磁兼容试验混响室是一个由金属墙壁构成的试验室,一般在测试室的天花板上装设一个大浆形状的搅拌器将待测设备(EUT)放在室内,当搅拌器旋转时,使待测设备暴露于电磁场中待测设备在场中的平均响应可通过响应对搅拌器旋转一周的时间周期进行积分来求得混响室的金属墙壁容许在室内建成一个强场待测设备暴露于由数个不同的极化组成的强场电平中 在传统的电磁敏感度试验中,试验应在完全给定而不能任意选择的环境下进行,如在横电磁波小室或电波暗室中进行在这种限定的环境下,场的极化与分布不随时间改变,因为这些方法的工作原理是建立在一个单一优势模基础上混响室则没有给出一个限定性的场,但却提供了一个空间均匀的电磁环境,即室内各处能量密度均匀,各向同性,各方向能流相同而极化是任意的,亦即所有波间的相位与极化是任意的只要室内有大量本征模(在某一固定频率以上会出现这种情况)就可达到上述要求此外,简并情况(即在某频率下有多少模重合)与波形间隔是重要参量混响室的主要优点是在该室内用一个适当的功率源就有可能建立一个强场,因此需要很高的品质因数Q 最近,国外又在__5米法电波暗室与10米法电波暗室相比,这种暗室占用的空间要小得多,因而成本会大大下降人们正在研究如何将5米法测试结果等效成10米法的结果,这一研究工作在国内外受到广泛__,进展较快,预计在近期将会取得满意的成果 此外,人们还提出另一种屏蔽小室———WTEM小室,其结构是半个TEM小室,但采用线阵结构而非板块结构,它与TEM小室相比并没有实质性的改变,但这种结构在改善电磁场的均匀性、降低本身的耦合与提高单模带宽方面比TEM小室更容易实现 由此可见,屏蔽测量技术今后还会有较大的发展以此为推动力,相应的理论研究和应用研究及其__工作都将会受到更多的重视集成电路的电磁兼容测试关键字EMC 集成电路 电磁兼容 当今,集成电路的电磁兼容性越来越受到重视电子设备和系统的生产商努力改进他们的产品以满足电磁兼容规范,降低电磁发射和增强抗干扰能力过去,集成电路生产商关心的只是成本,应用领域和使用性能,几乎很少考虑电磁兼容的问题即使单片集成电路通常不会产生较大的辐射,但它还是经常成为电子系统辐射发射的根源当大量的数字__瞬间同时切换时便会产生许多的高频分量尤其是近年来,集成电路的频率越来越高,集成的晶体管数目越来越多,集成电路的电源电压越来越低,__芯片的特征尺寸进一步减小,越来越多的功能,甚至是一个完整的系统都能够被集成到单个芯片之中,这些发展都使得芯片级电磁兼容显得尤为突出现在,集成电路生产商也要考虑自己产品电磁兼容方面的问题集成电路电磁兼容的标准化由于集成电路的电磁兼容是一个相对较新的学科,尽管对于电子设备及子系统已经有了较详细的电磁兼容标准,但对于集成电路来说其测试标准却相对滞后国际电工委员会第47A技术分委会IECSC47A早在1990年就开始专注于集成电路的电磁兼容标准研究此外,北美的汽车工程协会也开始制定自己的集成电路电磁兼容测试标准SAEJ1752,主要是发射测试的部分1997年,IECSC47A下属的第九工作组WG9成立,专门负责集成电路电磁兼容测试方法的研究,参考了各国的建议,至今相继出版了150kHz-1GHz的集成电路电磁发射测试标准IEC61967和集成电路电磁抗扰度标准IEC62132此外,在脉冲抗扰度方面,WG9也正在制定对应的标准IEC62215目前,IEC61967标准用于频率为150kHz到1GHz的集成电路电磁发射测试,包括以下六个部分第一部分通用条件和定义参考SAEJ
1752.1;第二部分辐射发射测量方法——TEM小室法参考SAEJ
1752.3;第三部分辐射发射测量方法——表面扫描法参考SAEJ
1752.2;第四部分传导发射测量方法——1Ω/150Ω直接耦合法;第五部分传导发射测量方法——法拉第笼法WFCworkbenchfaradaycage;第六部分传导发射测量方法——磁场探头法IEC62132标准,用于频率为150kHz到1GHz的集成电路电磁抗扰度测试,包括以下五部分第一部分通用条件和定义;第二部分辐射抗扰度测量方法——TEM小室法;第三部分传导抗扰度测量方法——大量电流注入法BCI;第四部分传导抗扰度测量方法——直接射频功率注入法DPI;第五部分传导抗扰度测量方法——法拉第笼法WFCIEC62215标准,用于集成电路脉冲抗扰度测试,包括以下三部分,但尚未正式出版第一部分通用条件和定义;第二部分传导抗扰度测量方法——同步脉冲注入法;第三部分传导抗扰度测量方法——随机脉冲注入法参考IEC61000-4-2和IEC61000-4-4下文主要针对IEC61967和IEC62132的测试方法进行讲解集成电路电磁兼容测试方法电磁发射测试标准——IEC61967第一部分通用条件和定义传感器TEM小室、场探头等;频谱仪或接收机频率范围覆盖150kHz-1GHz,峰值检波、带最大值保持功能,分辨率带宽的设置如下表表一分辨率带宽的选择电源用电池供电或采用低射频噪声的电源;测试温度23℃±5℃;环境噪声除被测IC外其余__电路供电时,所测到的背景噪声低于限值至少6dB,必要时可采用前置放大器;测试电路板通常集成电路测试需要__在一块印制电路板上,为提高测试的方便性与重复性,标准规定了电路板的规格,如下图所示,标准电路板的大小与TEM小室顶端的开口大小匹配,板上既可以集成IEC61967发射测试需要的1Ω/150Ω直接耦合法阻抗匹配网络,磁场探头法测试用的迹线,也可以集成IEC62132-4用到的耦合电容图一标准集成电路测试板第二部分辐射发射测量方法——TEM小室法图二TEM小室法辐射发射测试示意图TEM小室其实就是一个变型的同轴线在此同轴线中部,由一块扁平的芯板作为内导体,外导体为方形,两端呈锥形向通用的同轴器件过渡,一头连接同轴线到测试接收机,另一头连接匹配负载,如下图所示小室的外导体顶端有一个方形开口用于__测试电路板其中,集成电路的一侧__在小室内侧,互连线和__电路的一侧向外这样做使测到的辐射发射主要来源于被测的IC芯片受测芯片产生的高频电流在互连导线上流动,那些焊接引脚、封装连线就充当了辐射发射天线当测试频率低于TEM小室的一阶高次模频率时,只有主模TEM模传输,此时TEM小室端口的测试电压与骚扰源的发射大小有较好的定量关系,因此,可用此电压值来评定集成电路芯片的辐射发射大小第三部分辐射发射测量方法——表面扫描法图三表面扫描法测试图IEC61967标准中的这一部分可测试集成电路表面电场和磁场的空间分布状态,测试示意图如下所示使用电场探头或磁场探头机械地扫过集成电路的表面,记录每次的频率、发射值和探头的空间位置,通过软件进行后处理,各频率点场强的空间分布图可用有色图谱形象地表示出来这种方法所能达到的效果与机械定位系统的精度及所用探头的尺寸密切相关此方法可以用于一般的PCB板,所以未必要采用IEC61967-1中推荐的标准测试电路板通过对集成电路表面进行电场和磁场扫描,可以准确地定位集成电路封装内电磁辐射过大的区域标准推荐使用部分屏蔽的微型电场探头和单匝的微型磁场探头,这两种近场探头都可用
0.5mm的半刚体同轴电缆制作第四部分传导发射测量方法——1Ω/150Ω直接耦合法图四1Ω/150Ω直接耦合法测试示意图IEC61967-4分为两种方法1Ω测试法和150Ω测试法1Ω测试法用来测试接地引脚上的总骚扰电流,150Ω测试法用来测试输出端口的骚扰电压离开芯片的射频电流汇流到集成电路的接地引脚,因此对地回路射频电流的测量可较好地反映集成电路的电磁骚扰大小用1Ω的电阻串联在地回路中,一方面可用来取得地环路的射频电流;另一方面,可实现测试设备与接地引脚端的阻抗匹配150Ω测试法可用来测试单根或多根输出__线的骚扰电压,150Ω阻抗代表线束共模阻抗的统计平均值为实现150Ω共模阻抗与50Ω的测试系统阻抗的匹配,必须采用阻抗匹配网络测试示意图如下所示第五部分传导发射测量方法——法拉第笼法WFC图五法拉第笼法发射测试示意图 法拉第笼法可测试电源线和输入输出__线上的传导骚扰电压将装有集成电路的标准电路板或应用电路板放入法拉第笼中,电源线和__线进出法拉第笼都要经过滤波处理,法拉第笼上测试端口接测试仪器,待测端口接50Ω匹配负载,较好的屏蔽环境降低了测试的背景噪声,测试路径串联100Ω电阻用来实现150Ω共模阻抗与50Ω射频阻抗的匹配,测试原理图如下所示第六部分传导发射测量方法——磁场探头法图六磁场探头法测试示意图磁场探头法是通过测试PCB板导线上的电流来评定集成电路的电磁发射芯片引脚通过PCB板上的导线与电源或__电路相连,因而它产生的射频电流可用一个靠近的磁场探头获取,由电磁感应定律,探头输出端的电压正比于导线上的射频电流磁场探头的结构细节和推荐尺寸在标准中有详细描述,测试示意图如下所示集成电路电磁抗扰度测试方法——IEC62132第一部分通用条件和定义为了评定芯片的抗扰度性能,需要一个易于实现且可复现的测试方法芯片的抗扰度可分为辐射抗扰度和传导抗扰度,需要得到集成电路发生故障时的射频功率大小抗扰度测试将集成电路工作的性能状态分为五个等级,测试时,连续波和调幅波测试要分别进行,调制方式也是采用1kHz80%调制深度的峰值电平恒定调幅,这些要求都与汽车零部件的抗扰度测试标准ISO___52相似第二部分辐射抗扰度测量方法——TEM小室法图七TEM小室法法辐射抗扰度测试示意图IEC61967-2中的TEM小室也可以用来进行抗扰度的测试,小室一端将接收机换成__源和功放,小室另一端接适当的匹配负载在小室中建立起来的TEM波与远场的TEM波非常类似,因而适合用来进行电磁抗扰度的测试此外,为了实时地监视集成电路的工作状态,还需要配套的状态监视设备测试示意图如下第三部分传导抗扰度测量方法——大量电流注入法BCI 图八BCI测试示意图本方法是对连接到集成电路引脚的单根线缆或线束注入干扰功率,通过注入探头被测电缆由于感性耦合而产生干扰电流,此电流的大小可由另一个电流探头测出这种方法其实是由汽车电子抗扰度测试发展而来的可参见ISO___52-4,测试示意图如下所示第四部分传导抗扰度测量方法——直接射频功率注入法DPI图九DPI测试示意图与BCI方法采用感性注入相对应,DPI方法采用容性注入射频__直接注入在芯片单只引脚或一组引脚上,耦合电容同时起到了隔直的作用,避免了直流电压直接加在功放的输出端,测试示意图如下所示第五部分传导抗扰度测量方法——法拉第笼法WFC 图十法拉第笼法抗扰度测试示意图法拉第笼传导抗扰度测量法采用IEC61967-5的法拉第笼,只须将接收机替换成__源和功放,测试示意图如下所示屏蔽的结构和良好的滤波使得射频干扰__被限制在法拉第笼内部,可有效地保护测试操作人员RS公司的测试系统解决方案针对IEC61967的各项测试,RS公司采用认证型的接收机RSESCI,结合各种附件,即可完成集成电路电磁发射测试标准RSESCI同时具有接收机和频谱仪的功能,完全符合标准CISPR16-1-1工作频率范围是9kHz-3GHz,内置预选器和20dB的预放,带有峰值、准峰值、有效值、线性平均和CISPR平均检波器,各检波器可以用条形图显示,且带有峰值保持功能,通过GPIB总线接口可由RSEMC32软件包实现远程控制,发射测试配置如下图所示图十一集成电路电磁发射测试配置图针对IEC62132的各项抗扰度测试,RS公司采用集成测试系统RSIMS,结合各种附件,即可完成所有的集成电路抗扰度测试RSIMS是一款紧凑型的测试设备,覆盖频率9kHz到3GHz,内置了__源、切换开关、功率计和功放,同时也可控制外置功放;通过GPIB总线接口可由RSEMC32软件包实现远程控制,抗扰度测试配置如下图所示图十二集成电路电磁抗扰度测试配置图随着工作频率及芯片复杂度的不断增长,集成电路电磁辐射及抗扰度测试也需要继续发展以适应新的要求测试向高频方向发展,为了突破1GHz的限值,不少国家和企业已经采用GTEM小室的方法,弥补TEM小室测试频率限值的不足;脉冲抗扰度测试的标准化也正在进行中,标准IEC62215即将出版,与IEC62132互补,更加全面地考虑到了集成电路遭受电磁干扰时的情形电磁干扰对精密仪器设备的影响及对策电磁干扰是指由电场、磁场及射频等产生的幅射__源对于其本身而言,是正常和合乎常规的,但对其它仪器、设备,尤其是精度较高的仪器设备而言,其影响就很有害了电子技术、通信技术及计算机技术的飞速发展和广泛应用,使得精密仪器设备的应用领域日益扩大,尤其随着它们对微弱__的检测能力日趋升级,因此电磁干扰的影响和作用已到了绝对不可忽视的程度如飞机的导航系统,为抗干扰已采取多种措施和限制,再如遍布世界各个角落的计算机控制中心,电磁干扰的负面作用勿庸置疑;另如近些年日益引起人们__的医疗检测系统,它越来越依赖于各种医疗仪器诊测结果其精密化程度越来越高各种电磁干扰会造成这些仪器设备运行异常,其检测数据的准确将对医疗工作造成直接的影响和危害随着精密仪器设备的不断__和应用,对其工作环境提出了新的、特定的要求全面了解电磁干扰的来源和传播途径,采取有效预防措施,改善精密仪器设备的运行环境,是使其稳定工作的先决条件人体静电的影响及对策 根据物理学原理,两个物体之间因磨擦会产生静电当由于精密仪器设备所处的环境中湿度太低、空气太干燥、穿绝缘底鞋在化纤地毯上行走、化纤衣服相互磨摔、接近高压电场等,都会在人身上产生静电,最高时可达上万伏特由于 能量的存贮效应,当接触金属时就会放电,产生电弧,而一旦对计算机及嵌入式仪器放电,将会使仪器造成运行错误,轻则会导致检测数据偏差,重则会出现死机现象、造成元器件损坏等问题其后果和危害不容忽视 对此类干扰的影响应采取如下对策精密仪器设备的外壳必须可靠接地且单一准确接地电阻≤4Ω;精密仪器设备的放置工作地点的环境相对湿度保持在50%左右;工作场所内的桌面、地面进行严格的防静电处理;对精密仪器设备进行操作前接触放电;对精密仪器设备进行保养,维护时要戴接地手环;在存放相关电路板,MOS器件时要使用防静电膜等交变电场的影响及对策 在我们所处的环境中有相当多的交流电,人体处于交变电声之中会感应交变电荷,其能量的等级虽然较低,但由于精密仪器设备所测试的信息源的能量等级更低,如对人进行生物电心电、脑电测量时,被测__微弱的在μV量级甚至更低,所以在此环境中不采取抗干扰措施,干扰将会把检测__淹没,无法得出正确数据 对此类干扰的影响可采取如下对策影响生物电类别的微弱__测量的主要影响来源于低频电场,所以首先要远离干扰源;要注意缩小电与人体的环路__,这样做可以减少电场通量从而降低干扰__的程度;以精密仪器检测微弱生物__如脑电、心电等,应在屏蔽室内进行;要重视屏蔽室的合理配量,屏蔽室可用金属网制作并做到可靠接地;屏蔽毯也有一定的防干扰作用,有条件的部门应当配备;精密仪器设备的机内滤波方法也是排除干扰的有效方法,但选用此方法后,会衰减被检测__中的一些有效成份,会使波形失真,影响测量精度以心电图机为例,一般机上有一滤波开关键,当出现交流干扰时,按下此键即可得到光滑的心电图波形,但与无干扰、无滤波的图形相比较,会发现滤波后波形压底;QRS段时间延长,得到一个病情加重的结果,若在诊杳床上铺屏蔽毯并接地,即可排除交流干扰强磁场的影响对策 由于特殊诊断的需求,有此储如磁共振等医疗设备周围分布着强磁场,它会使显像管、X射线影像增强器显示图像变形失真;加速器射线偏移;计算机磁盘、磁卡记录数据破坏;呼吸机工作失灵;还有可能发生心脏起博器工作失效而危及患者的生命所以在某些可产生强弱场的精密仪器设备的机房选址设计时必须考虑以上因素 对强磁场应采取如下对策,在一事实上的场强区域设立警戒线、标志牌,根据场强分布及仪器设备对磁场的敏感程度与磁体保持一定的距离对磁体或受干扰仪器设备的相关部件采用磁屏蔽,减少磁漏的影响高频辐射的影响及对策在我们生活的空间充满了来自各方面的电磁辐射如无线电台发射的电磁波、____、各种电火花、高频设备、日光灯、可控电路、各种电机、汽车、雷电、太阳异常活动等等,均会产生高频电磁污染,有些还会串入电网,干扰使用设备,精密仪器设备的__布线不合理也会产生不良耦合这些有害的电磁辐射会对图像产生噪声干扰,计算机运算混乱、控制失灵;强烈的高频干扰甚至会损坏电子电路有些精密仪器设备本身也存在高频源,若防护不当,就会对操作、维修人员造成伤害 高频电磁波干扰的对策是其消除方法与防电场干扰类似,使用金属屏蔽可有产隔离其基本原理是金属表面将电磁波反射掉一部分,透过金属表面的部分会在金属内部产生涡流转变为热能消耗掉,也即吸收,从而将电磁干扰大大衰减为了得到有效的屏蔽作用,屏蔽层金属厚度应接近电磁波波长λ=2πd,d一透入深度使用金属网也有良好效果,当屏蔽空隙率为50%时,如果有每波长6条以上的网线,就可以得到与金属板大致相同的反射因多点接地会生成多个电流回路,影响效果,屏蔽层应采用点接地必要时在地面与屏蔽之间铺加绝缘层保证点可靠接地在使用,维护时注意屏蔽网罩、机柜门密封情况,以尽量全部避开辐射的侵害另外,在电力线的选择上要使用加屏蔽层的;使用净化稳压电源滤除各种毛刺和高频分量;__精密仪器设备时,电力线与__线要分开铺设;采用大功率电缆相互绞合的方式以抵消自身产生的电磁干扰声;地线接地电阻达到技术要求等,都能起到预防干扰的作用 对精密仪器设备造成电磁干扰的因素还有许多,它会给精密仪器设备造成莫名其妙,难以判断的奇特故障所以,在精密仪器设置的部门如控制中心、医院等的规划设计、布局改造、仪器使用维护工作中,防干扰、防电磁污染不应被忽视,只有全面了解及掌握相关知识和对策,采取有效的预防手段,才能使精密仪器设备准确测试,更好的服务于人类电磁泄漏发射屏蔽机柜性能测试方法研究摘要本文对屏蔽机柜性能评价的几种测试方法进行了探讨关键词屏蔽机柜屏蔽效能测试方法
一、前言 根据国家保密标准的要求,涉密信息系统中使用的任何信息设备应采取电磁泄漏发射防护措施对于高密级、涉密信息设备使用集中的情况可以采用屏蔽室;对于较分散的情况,使用屏蔽室成本过高,而低电磁泄漏发射设备的成产周期长、成本高,也不适应涉密信息系统的应用实际;某些信息设备只是临时处理涉密信息,只需临时防护,使用屏蔽室和低泄射产品都存在资源浪费的问题屏蔽机柜可以满足以上要求,它可以灵活更换内部信息设备,成本远远低于屏蔽室,还可以根据需求定制,对多种信息设备进行防护 屏蔽机柜在使用上的便利性,使其在涉密信息系统中的使用越来越广泛,对其防护性能的技术要求和测试方法目前没有可以直接执行的标准,急需统一和规范屏蔽机柜体积小,形状不规则,对其性能的测试很困难,国外对于类似产品的标准也迟迟没有__本文针对电磁泄漏发射屏蔽机柜的几种可行的性能测试方法进行了探讨
二、电磁泄漏发射屏蔽机柜性能可行的测试方法
1.低辐射设备法 低辐射设备法把电磁泄漏发射屏蔽机柜连同内部保护的信息设备一起,看作是一件低辐射设备,采用低辐射设备的测试方法,如图1所示,EUT指被测屏蔽机柜(下同),测试天线根据测试电场、磁场和频段进行选择测试结果参照信息设备电磁泄漏发射限值,判断该屏蔽机柜是否符合相应级别的安全要求 这种方法适用于放置固定信息设备的屏蔽机柜,连同需保护的信息设备一起整体测试,对屏蔽机柜本身并不能给出单独的评价,且更换信息设备以后需整体重新评测
2.屏蔽效能测试法 屏蔽效能测试法采用屏蔽效能指标对电磁泄漏发射屏蔽机柜防护性能进行评价屏蔽效能的定义为 式中,SE是屏蔽效能,E1是没有屏蔽体时测得的场强,E2是有屏蔽体时测得的场强通用的高频和低频__发射和接收系统体积都比较大,不能直接放入屏蔽机柜解决这个问题有三种方案一是在机柜上__同轴屏蔽接口,把传感器置于机柜腔体内,通过屏蔽同轴电缆接口与外界相连;二是传感器置于机柜腔体内,加入电光转换装置,把电__转变为光__,用光纤从机柜的波导窗送出,再通过光电转换装置变为电__,与外部设备相连;三是研制专用的点频__源,要求点频__源体积能适应机柜腔体大小
2.1同轴电缆开孔法 在10kHz到20MHz频段主要测磁场的泄漏发射磁场测试一般使用环形天线,环形磁场天线的发射效率较低,要达到测试所需的发射功率,需要较大半径的发射环屏蔽机柜的腔体尺寸较小,容纳不了发射环天线,可以采用把接收天线放入机柜内的办法,如图2所示 __源和发射大半径环天线置于屏蔽机柜外,接收环天线置于机柜内,并通过事先__的同轴连接器,经同轴电缆与测试设备相连这种方法发射部分在外,__功率远远大于环境噪声,而接收部分位于屏蔽腔体内,环境较为干净,不需要在屏蔽暗室进行测试 中频段(30MHz至1GHz)发射机和天线的体积都能满足屏蔽机柜尺寸的要求,可以采用普通的测试方法,把发射部分放入屏蔽机柜腔体内,接收部分置于外部,测试需要在屏蔽暗室中进行,接收天线加磁环抑制共模干扰带来的测量误差,如图3所示 高频段(2GHz至10GHz)发射__源体积同样满足不了屏蔽机柜的尺寸要求,发射的喇叭天线体积不大,可以置于屏蔽机柜内,通过同轴连接器与__源相连,如图4所示 采用同轴电缆开孔法必须要破坏被测屏蔽机柜的箱体,__同轴电缆连接器,在进行抽样测试时,厂商难以承受此法对屏蔽电缆的性能要求较高,屏蔽电缆的屏蔽效能必须大于被测机柜的屏蔽效能
2.2光纤法 采用光纤的方法与同轴电缆开孔法类似,不同的是不需要破坏屏蔽机柜箱体,可以通过波导窗把光纤引出如图5所示 低频段测试与同轴电缆开孔法类似,把接收天线放入屏蔽机柜内中频段测试可以用普通的测试方法,如图3所示 此种方法也可将发射部分置于屏蔽机柜外部,接收传感器选用光电探头,置于机柜内部,通过光纤与接收部分连接光电探头的灵敏度通常较低,需要发射部分提供大功率的__ 采用光纤法不会破坏屏蔽机柜箱体,需要额外的光电转换设备在高频段测试时需要10GHz的模拟电光转换装置,目前国内这样的产品还不太多见波导窗能否穿过光纤,是这种方法的关键
2.3点源法 屏蔽机柜屏蔽效能测试通常都选一些固定的频点,针对某几个相邻的频点可以研制小体积的大功率发射机__源体积缩小后可直接放入屏蔽机柜内,如图6所示 不同频段测试选用不同的定制点__源和天线这种方法发射部分都位于屏蔽箱体内,接受部分位于箱体外,更接近于实际使用情况,测试结果也更科学__源可用电池供电,也可通过机柜提供的电源接__流供电采用机柜供电的__源,屏蔽机柜的传导泄漏发射抑制不用单独测试,可与屏蔽效能测试同时完成点__源的研制成为实现这种测试方法的关键
3.时域脉冲测试法
[1] 时域脉冲测试法与同轴电缆开孔法类似,不同的是采用脉冲__作为测试__,接收机为高性能数字示波器,在时域对屏蔽效能进行分析,不依赖于电波暗室,测试布置如图7所示 式中V1是没有屏蔽机柜时数字示波器接收到的优势峰值幅度,V2是使用屏蔽机柜时数字示波器接收到的峰值幅度时域脉冲法不需要在电波暗室进行,方法简单,测试得到的是最小屏蔽效能,不能反映出屏蔽效能与频率的关系
三、结论 屏蔽机柜类产品既有相似于屏蔽室的特点,又有低泄射设备的特性,研究能够正确评价其性能的测试方法非常必要对电磁泄漏发射屏蔽机柜性能的评价,目前的测试方法大多采用低泄射设备测试法,对机柜本身性能不能给出单独的评价;时域脉冲测试法不能反映全频段内屏蔽效能与频率的关系,屏蔽效能算法还有待深入研究;同轴电缆开孔法破坏了机柜的结构;光纤法设备过于复杂,波导窗的位置结构直接影响测试的进行;点源法简单并接近于实际使用情况,是今后研究的重点值得一提的是,电磁泄漏发射屏蔽机柜测试方法形成的测试结果应与现行的相关TEMPEST标准统一。