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1、,电磁兼容基础,当前,电子信息技术正处于飞速发展时期,新思想,新概念,新原理,新方法,新技术,新工艺,新器件不断涌现,新的电子信息系统和电子设备大量被应用于国防与国民经济各部门.在这种形势下,应该如何把握机遇?如何发挥自己的优势?如何提高自主创新能力?如何找出本单位的发展思路,推进本单位建设?都是值得深入思考的问题.,21世纪初电子信息产业发展重点 计算机及其外围产品 高速 高功能 数码摄像机(DVC),数码照像机(DSC) 高功能, 小型,轻量化 数字式移动电话 小型,轻量化,高功能,低功耗 存储卡 添加数码照像机控制,指纹识别,GPS, TV调谐器,扫描等功能 网络产品 光纤到户 汽车电子
2、产品 高速交通控制系统及耐热,耐振 动,抗骚扰的车载电子产品,支持电子信息产业发展的关键技术 半导体技术 由IC,LSI,VLSI向纳米技术发展 芯片封装技术 从DIP,QFP,PGA,BGA,CSP到MCM 引出 系统级芯片SOC(System on Chip)和电脑级芯片PCOC(PC on Chip),系统级PCB SOB(System on Board),系统级封装SIP(System on Package) 安装技术 由插入式TMT到SMT,到高密度62层玻璃陶瓷基PCB,向超高密度安装发展 发展目标 高速化 高功能化 低功耗 微细 小型 轻量化 上市时间短 低价格 适应环境保护要求
3、,1.1 EMC设计的重要性 (1) 随着IC集成度的提高,电子产品设计师正面临着比以往更艰巨的挑战:如何更快的设计出速度更高,功能更多,体积更小,性价比更高的产品. (2) 复杂的产品还要在复杂的电磁环境里工作,对产品的电磁骚扰发射限制更严.因此,EMC设计是新产品研发成败的关键,甚至关系到一个产品或一个企业的生死存亡. (3) 速度是致胜的法宝.要想产品研发一次成功,就必须做好EMC设计.如果产品不能通过EMC试验,就必须重新设计.不但极大地增加了费用,而且还会使市场份额减少,信誉降低.,(4)当前,世界性的环境保护需求,使得电子产品必须向高速,低耗,高密度,小型化,大容量化,功能复合化,
4、电磁兼容性的深层次推进.电子元器件则向高集成化,高频化方向发展,EMC设计已成为电子产品设计中的难点. (5)在工程项目这个级别上,需要不同学科的工程师集中共同设计,包括软件,硬件,机械,电子及芯片,PCB设计队伍.在设计早期就将系统软硬件功能划分合理,形成有效的功能结构框架.电子产品设计自动化(ePDA)导引不同范畴的工具,如,系统级设计自动化SLDA, 电子设计自动化EDA,嵌入式软件工具EST和机械计算机辅助设计MCAD等各个环节,其核心问题仍然是EMC问题. (6) 目前,电子设备或系统设计的重点已从逻辑设计和功能设计转移到EMC设计上来了.,1.2电磁兼容设计的目的 (1) 随着现代
5、科技的发展，电气及电子设备的数量 及种类不断增加，使电磁环境日益复杂。 在这种复杂的电磁环境中，如何减少相互间的 电磁骚扰： 使各种设备能正常运转。 减轻恶劣的电磁环境对人类及生态产生不良的 影响。 电磁兼容学正是为解决这类问题而迅速发展起 来的一门新兴学科。, 产品的各个模块可以共存，不致引起相互骚扰 产品能够通过电磁兼容试验,1.3 电磁骚扰及其危害,（电磁）发射（electromagnetic) emission: -“从源向外发出电磁能的现象”。 （性能）降低degradation (of performance): - “装置、设备或系统的工作性能与正常性能 的非期望偏离”。 电磁骚
6、扰electromagnetic disturbance: -“任何可能引起装置、设备或系统性能降低 或对有生命或无生命物质产生损害作用的 电磁现象。 注：电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号 或传播媒介自身的变化”。 电磁干扰electromagnetic interference: -“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性 能的下降”。,电磁骚扰和电磁干扰 (1) 电磁骚扰只有在影响敏感设备正常工作时,才构成电磁干扰. 电磁干扰指的是能引起性能降低的后果 (3)电磁骚扰指的是能引起这种性能降低的客观现象 (4) 用一种可以测量的量,例如电压,来描述此现象时,称”骚扰电压”,而不是”干扰电压”,
7、电磁发射和敏感度 EMI and Susceptibility,电磁兼容的两种测量方式 Two Types of EMC Measurement,EMI Measurement,Conducted Radiated,Susceptibility Measurement,Conducted Radiated,1.4 电磁兼容,电磁兼容EMC（Electromagnetic compatibility), 对于设备或系统的性能指标来说， 直译为“电磁兼容性” 但作为一门学科来说， 应该译为“电磁兼容”。 国家标准GB/T4365-1995电磁兼容术语对电磁兼容所下的定义为“设备或系统在其电磁环境中
8、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。” 该标准等同采用IEC60050（161）。 电磁兼容是研究在有限的空间、有限的时间、有限的频谱资源条件下，各种用电设备（分系统、系统；广义的还包括生物体）可以共存并不致引起降级的一门科学。,它有以下三方面的含义 1、电磁环境应是给定的或可预期的； 2、设备、分系统或系统不应产生超过标准或规范规定的电磁骚扰发射（EMI）限值的要求；电磁骚扰发射就是从骚扰源向外发出电磁骚扰能量的现象，它是引起电磁骚扰的原因。 3、设备、分系统或系统应满足标准或规范所规定的电磁敏感性（EMS）限值或抗扰度（immunity); 电磁敏感性，即在存在电
9、磁骚扰的情况下，设备、分系 统或系统不能避免性能降低的能力； 抗扰度即设备、分系统或系统面临电磁骚扰不降低运行 性能的能力。,EMC是一门独立的学科,随着电磁能量利用的发展,它将研究:预测并控制变化着的地球和天体周围的电磁环境,为了协调环境所采取控制方法,各项电气规程的制定以及电磁环境的协调和电磁能量的合理应用等.,电磁干扰三要素,骚扰源,耦合途径,敏感设备,1.5 电磁兼容设计的依据,1、电磁骚扰源：任何形式的自然或电能装置所发射的电磁 能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使 其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降低或 失效，即称为电磁骚扰源。 2、耦合途径：即传输电磁骚
10、扰的通路或媒介。 3、敏感设备（Victim): 是指当受到电磁骚扰源所发射的电磁 量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁 危害，导致性能降低或失效的器件、设备、分系统或系统。 许多器件、设备、分系统或系统可以既是电磁骚扰源又是 敏感设备。 电磁骚扰源产生的电磁骚扰,通过耦合途径,传输给敏感设 备,即造成电磁骚扰.,为了实现电磁兼容，必须从上面三个基本要素出发，运用技术和组织两方面措施。 所谓技术措施，就是从分析电磁骚扰源、耦合途径和敏感设备着手，采取有效的 技术手段，抑制骚扰源、消除或减弱骚扰的耦合、降低敏感设备对骚扰的响应或增加电磁敏感性电平； 为了对人为骚扰进行限制，并验证
11、所采用的技术措施的有效性，还必须采取组织措施，制定和遵循一套完整的标准和规范，进行合理的频谱分配，控制与管理频谱的使用，依据频率、工作时间、天线方向性等规定工作方式，分析电磁环境并选择布置地域，进行电磁兼容性管理等。,1.6 EMC标准与规范,标准是一个一般性的导则或预期要满足的准则,由它可以导出各种规范; 规范是一个包含某类设备详细说明和详细数据,必须遵守的文件.,EMC标准与规范的内容:,规定名词术语; 规定电磁骚扰发射限值和抗扰度要求; 规定统一的试验方法; 规定EMC控制方法或设计规范.,EMC标准与规范的类型:,国际级,例如IEC标准; 分会议级,例如CISPR出版物; CE级,例如
12、欧洲协调标准EN; 国家级,例如国标GB,FCC等. 军用标准,例如国军标GJB,美军标MIL.,电磁兼容性是电子设备或系统的主要性能之一. 电磁兼容设计是实现设备或系统规定功能、使系统效能得以充分发挥的重要保证。 必须在设备或系统功能设计的同时,进行电磁兼容设计. 目前,电子设备或系统设计的重点已由逻辑设计和功能设计转移到电磁兼容设计上来了.,1.7 电磁兼容性的重要性,经验证明:速度是制胜的法宝,在设备或系统设计的初始 阶段,同时进行电磁兼容设计，把电磁兼容的大部分问题解决 在设计定型之前,可得到最高的效费比。 如果等到生产阶段再去解决，非但在技术上带来很大的 难度,而且会造成人力、财力和
13、时间的极大浪费。,1.8 电磁兼容设计的效费比,1.必须走出 测试修改法的怪圈 2.正确运用系统设计法 (评估 预测 分析 设计),可采取的措施,电路 结构封装 屏蔽 滤波 软件,成本,措施,概念 设计 产品 市场,阶段,(1) 电磁兼容设计的基本内容是指标分配和功能分块设计。 首先,要根据有关的标准（国际、国家、企业、特殊标准等等)把整体电磁兼容指标逐级分配到各功能块上,细化成系统级的、设备级的、电路级的和元件级的指标。 然后,按照要实现的功能和电磁兼容指标进行电磁兼容设计。,1.9 电磁兼容设计的基本内容与方法,在进行电磁兼容设计时，可根据所采取的措施在实现电磁兼容时的重要性，分层依次进行
14、设计。 例如，第一层为有源器件的选型和印制板设计。 第二层为接地设计。 第三层为屏蔽设计。 第四层为滤波设计和瞬态骚扰抑制. 并且在每一层进行接地、屏蔽和滤波的综合设计和软件抗骚扰。这称为“分层与综合设计法”。,(2) 电磁兼容设计的方法,(3) 电磁兼容诊断: a. 骚扰发射源的定位,骚扰源的特性和发射强度的确定.因为它将直接导致产品的骚扰发射超标,并将骚扰其它模块的正常工作. b. 敏感电路或模块的定位,并确定敏感源的特性. 因为它将直接影响产品能否通过抗扰度试验,以及该模块能否正常工作.,产品的电磁兼容性是靠 电磁兼容设计获得的,1.10 电磁兼容设计与抗电磁骚扰的区别 (1) 早期的抗
15、电磁骚扰只是被动地,事后从防范或补救出发,不仅费用高,而且效果差.例如,测试修改法,不但具有盲目性,而且成本高,时间长,甚至失败.因此,是一种冒险的方法. 最终的产品也不是最佳方案. (2)电磁兼容则是一项系统工程,在方案阶段就主动预防,整体规划;进行预先评估,预测分析,主动进行电磁兼容设计,有针对性的主动采取保护措施.因此,成本低,时间短,成功率高,而且可以达到最优化. (3)电磁兼容研究的重点是产品的非预期效果和非工作性能,非预期发射和非预期响应,在分析骚扰迭加和出现概率时,需按最不利原则考虑,这比研究产品的工作性能要复杂得多,1.11 电磁兼容设计的理论基础 电磁兼容设计是一门综合性的边
16、缘学科,其核心是电磁波,其理论基础包括:数学,电磁场理论,电路理论,微波理论与技术,天线与电波传播,通信理论,材料科学,计算机与控制理论,机械工艺学,核物理,生物医学,以及法律学,社会学等.,1.12 电磁兼容性管理,为使系统或设备具有良好的电磁兼容性， 还应对全寿命期间的各个阶段实施EMC管理。 全寿命期一般包括： 论证阶段 确定环境电平,选用EMC标准 方案阶段 分配指标要求,进行EMC设计 工程研制阶段 实施EMC设计规范 定型阶段 EMC试验 生产和使用阶段 EMC培训,1.13 我国的电磁兼容认证 我国既是电子、电气产品的生产大国,也是电子、电气产品的 销售大国. 而且进口的电子、电气产品也占一定比例. 在我国进行EMC认证是维护我国合法权益、抵制劣质
