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摘要: 随着通信和电气技术的发展应用,电气与电子设备的干扰和抗干扰问题日益突出,电磁兼容的诊断测试越加显得重要。与传统的EMC测试系统相比,文中设计的测试系统分为2个部分,分别确认干扰源的频率范围和位置所在。能够更加快速、准确地得到干扰源的位置和频带参数,大大提高了解决问题的效率。
关键词：电磁兼容（EMC） 电磁干扰(EMI) 电磁抗干扰(EMS)
一、电磁兼容优化
实施电磁兼容是一项十分复杂的任务,在尽可能早的阶段上注意保证它们的电磁兼容性。方案阶段是提供最佳费效比的机会,而生产阶段提供的可能性通常最少。有效的电磁兼容控制常常是比较困难的,因为电磁干扰方位与耦合途径的大量可能组合涉及到许多变量,敏感电路的抗扰度与电路参数的设计有关,电路参数必须保证的灵敏度往往使提高抗扰度受到一定限制。
1) 常见的骚扰源
音视频类等的常见骚扰源如:TV接收机本机振荡,开关电源的开关脉冲,行扫描显像电路产生;数字电路工作需要的各种时钟信号;数字信号方波及高频谐波,晶振的高次谐波;微处理器,微控制器,静电放电,传播器,瞬态电源器件,如机电继电器,电源开关[2]。
2）EMC优化方案
电磁骚扰途径一般都是辐射、传导、耦合或者是3种形式组合。电源线传导骚扰主要由共模电流产生,辐射骚扰主要由差模电流形成的环路产生。清楚了骚扰源与耦合路径,就可以分析如何将电子设备的电磁兼容得到优化[3]。
2.1)电子产品设计思路是能否实现产品电磁兼容的必要条件。产品设计思路和方案选择、核心部件及芯片的选型主要考虑减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力,尽量选用本身发射小的芯片,避免引发强烈的电磁骚扰[4]。
2.2)通常情况下PCB的EMC设计对于产品电磁兼容性起着关键性的作用。阻止功能区域之间的回路,多层线路板的每一层要合理安排,时钟信号线及其他的高频线要同层并且尽可能地贴近地平面。减小高速信号、时钟信号线构成的环路面积,布线应该短、直、粗、匀,不要直角和突变。合理处理电源模块与各功能子模块间的关系,避免其间的相互干扰[5]。
2.3)严格电磁屏蔽和滤波设计。电磁屏蔽也是电磁兼容的关键,要尽量保证屏蔽体的完整性,使干扰源远离机体的接缝等不连续的地方,增大缝隙的深度,并保证缝隙结合的紧密度,要保证机体接合处的电连续性。滤波设计包括输入输出的滤波设计、电源线滤波和信号线滤波的设计[6]。
二、电磁兼容整改
2.1 基本思路
EMC整改需要诊断出电磁骚扰源、耦合途径,然后利用EMC基本理论方法,综合运用屏蔽、滤波吸波、接地等措施实施改进[7]。道理其实很简单,但是在分析和改进过程中,更多的是需要经验。
2.2 整改的基本方法
1)首先需要确认产品内部核心模块、器件、结构的选择是否合理。在设备和系统的各个模块中,应优先考虑电源设备和电源系统的电磁干扰如:电机、变换器、斩波器、整流器等也可能是干扰源。
2)对带有天线的设备或系统,EMI诊断应优先考虑干扰是从天线输入或输出的。高灵敏度设备的信号线、机壳、地线、电源线、通风孔、高电平、大电流电缆均是诊断的重点。
3)电源线互联电缆、PCB板上的走线等常常是电磁干扰的传输耦合途径[8]。干扰现象常同工作带宽、谐波、寄生响应与振荡、非线性工作元件等有关。
4)断电法是比较常用的方法,即两个模块轮流关闭或选择性关闭电源的方法逐个判断,使怀疑的范围愈小。取代和替换怀疑的设备或元件可能有助于诊断。
5)一般情况下,诊断出EMC问题所在后,EMC的抑制有这么几路径:找到干扰源,对其在允许的范围内减弱干扰;注意电线电缆的分类整理;改善接地系统;检查屏蔽结构,这也是最后一道屏障了。当然如果整改后测试再不通过,则需要分析对问题的判断是否正确?整改方法是否正确,整改时要特别注意,正确诊断出电磁骚扰源、耦合途径。
三、电磁兼容优化
四、 EMC检测
3.1 电源端骚扰电压
测试数据见表1,测试曲线如图1、图2所示。
五、电磁兼容检测项目及仪器配置
.1 、EMI(电磁干扰)测试系统
EMI（Electromagnetic Interference 电磁干扰），即处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量。
1 ）系统功能
根据 CISPR11/CISPR 13/CISPR 14/CISPR 22 等标准的要求，进行下列项目的测试：
(1)电源端口骚扰电压，频率范围 9k Hz－30MHz
(2) 通信线骚扰电压，频率范围 150k Hz－30MHz（ITE 设备）
(3) 天线端口骚扰电压，频率范围 30MHz－2.15GHz（AV 设备）
(4) 功率骚扰，频率范围 30MHz－1GHz（家电和 AV 设备）
(5) 辐射发射，频率范围 30MHz－3GHz (6) 杂散测试，频率范围 10k Hz－18GHz
2 测试系统主要设备配置清单
EMI 测试系统设备配置见表 3.1 。
六、系统组成
(1) 硬件
依据测量范围不同配置差别较大，配置复杂程度也不一样，它是影响测量系统品质的主要因素。根据资金的投入，并全面考虑测试项目的需求，确定了仪器的型号，各测试项目的仪器配置在第三章详细介绍。
(2) 软件
依据测试目的和方式不同，主要包括 EMI 测量软件和 EMS 测量软件等。国外EMC 合格性测量软件发展历史相对较长，如 EMI 测量软件中德国 R&S 的 ES-K 1极具典型，可以方便地控制自身的接收机产品。由于硬件控制技术采用的是标准控制可编程仪器方式，所以硬件独立性明显不足。EMS 测量领域的产品相对较多，R&S(德国)、AR(美国)和 TDK(美国)等都有自己的产品。
(3) 本系统由下列子系统组成：
1）EMI 测试系统
2）静电放电抗扰度测试系统
3）瞬态传导抗扰度测试系统
4）射频场感应的传导抗扰度测试系统
5）谐波和闪烁测试系统
（4）系统总体布局：
1）传导 EMI 测试（包括电源端口 CE，通信端口 CE，AV 天线端口 CE 等），在屏蔽室内进行
2）辐射发射（RE）和杂散测试，在暗室内进行
3）静电放电（ESD）测试用标准温、湿度调节房
4）脉冲群（EFT/Burst）、浪涌（Surge）、工频磁场以及电压中断、跌落等测试用开放测试台
5）传导抗扰度（CS）在屏蔽室内进行，也可以放置在普通环境下
6）谐波、闪烁测试用开放测试台（空间）
七、实验室基础场地条件
学校已预留EMC实验室的场地，所以从空间和尺寸上都能满足所建暗室的基本场地要求，但在后期处理上还要满足更为苛刻的技术参数。
地面应干燥，没有油脂并可以防潮湿，从实际考虑做好防水处理。实验室需要有独立的供给电源并要加上保护，还要有足够的空间安装电波暗室，针对电波暗室的滤波器位置建筑体应提供其配电考虑。控制室与暗室之间不隔开，以便控制室和暗室之间的电缆通信和减少成本。配电室或空调室可安排在控制的后方或其他位置。严格的接地系统，EMC实验室的接地要比任何的场合都更为苛刻，应提供给暗室有接地电阻小于1欧姆的接地。暗室遵循下进风上出风的原则，进风建议安排在暗室的后边，通风安排装在暗室的顶部。
八、结论
此 EMC 实验室是学校和企业合作的典范，投入资金相当大。学校利用 EMC 实验室积极开展专业建设和专业教学工作，并从事 EMC 检测的培训工作，确实提高了学校的教学水平；企业利用实验室，拓宽了业务范围。随着业务量的提升，企业的效益明显提高，这是一个双赢的局面。
参考文献
[1]余长青.电磁兼容技术[D].贵州:贵州大学 2013:4-16.
[2]李莹莹,闻映红.电波暗室的分类及半电波暗室的性能评价指标[J].安全与电磁兼容,2012( z1):1-2 .
[3]周宇.电波暗室场地及其电磁兼容性测试[D].北京:北京邮电大学 2012:4-6 .
[4]蒋全兴.屏蔽室和半电波暗室设计施工的若干问题[J]. 安全与电磁兼容,2011(z1):1-4.
[5] 黎亚萍.如何选用电磁屏蔽视窗[J].安全与电磁兼容,2013(2):1-2
[6] GB9254-1998 信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法[S].
论文作者:许海英,文小林
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/12
标签：测试论文; 暗室论文; 系统论文; 电磁兼容论文; 电磁论文; 干扰论文; 屏蔽论文; 《基层建设》2016年30期论文;