失效分析 赵工 半导体工程师 2022-08-02 11:03 发表于北京
前言
电磁兼容EMC（Electro Magnetic Compatibility）兴起于20世纪80年代，是一门以电磁场理论为核心，与多学科互相渗透、结合的新兴学科。近年来，随着科技的发展，人们在生产、生活中使用的电气、电子设备越来越广泛，电磁兼容也成为企业设计研发和消费者越来越重视的问题。
电磁兼容概念
国家标准GB/T 4365-2003《电磁兼容术语》将电磁兼容定义为“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骚扰的能力”，简单点说，就是各种设备都能正常工作又互不干扰，达到“兼容”状态。
电磁兼容示意图
EMC（电磁兼容）
=EMI（电磁干扰）+EMS（电磁抗扰度）
如果这么说还是觉得抽象的话，下面我们举几个例子感受一下日常生活中的电磁兼容问题：
当打开电视时，室内的日光灯会出现瞬间变暗的现象，这是因为电视打开的瞬间大量电流流向电视机，电压骤然下降导致使用同一电源的日光灯受到影响。
在手机来电时，话筒会出现失真伴有刺耳的“吱吱”声或者电视/电脑屏幕出现闪烁，这些是因为你手机通讯的电波从空间耦合到话筒、电视/电脑接收天线上使其受到干扰。
电磁兼容三要素
任何产生电磁兼容问题都必须具备以下三个条件：干扰源（骚扰源）、耦合途径、敏感设备，我们称之为电磁兼容三要素，它们分别说明干扰从哪里来、干扰如何传输以及干扰到哪里去。
电磁干扰源通常分为自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源包括：大气噪声干扰，如雷电产生的火花放电；太阳噪声干扰，如太阳黑子；静电放电，如人体、设备上所积累的静电。
夏日城市天空闪电
常见的人为干扰源有：无线电发射设备，包括移动通信系统、广播、电视、雷达；工业、科学、医疗(ISM)设备，如高频手术刀、X光机、核磁CT等；电力设备，包括电机、继电器、电梯等设备；高速数字电子设备，包括计算机和相关设备。
广播通信设备
举个例子，近两年新冠疫情打乱了人们的日常生活。传染病流行需要具备传染源、传播途径、易感人群三个要素，而干扰源、耦合途径、敏感设备三者一起有可能会导致EMC问题的发生。
电磁兼容三要素示意图
电磁兼容测试项目
通过以上介绍，我们知道EMC是一项非常重要的质量指标。欧盟规定，所有电气电子产品必须通过EMC认证，加贴CE标志后才能在市场上销售。我国CCC强制性产品认证管理均规定，凡有电磁兼容要求的电子电器产品，在进入中国市场前，均应满足于相应EMC国家标准。这意味着产品在进入市场前均应通过严格的EMC测试。不同产品特性不同，标准规定的测试项目也会有所差异。电磁兼容测试的典型项目有：
电磁兼容典型试验项目
电磁兼容试验场地及设备
开阔试验场是电磁兼容辐射发射测试的重要场地，它是众多测试标准中都建议使用的标准测试场地。但是开阔试验场造价较高并远离城区，使用不方便，即使是建在城区，也经常会因为背景噪声大而影响到电磁兼容测试。于是代替开阔试验场的电波暗室成了应用最为普遍的电磁兼容测试场地。除此以外，电磁屏蔽室也是电磁兼容（EMC）重要的试验场地之一。
电磁干扰的危害
干扰电视的收看、广播收音机的收听。
数字系统与数据传输过程中数据的丢失。
在设备分系统或系统级正常工作的破环。
医疗电子设备的工作失常。
自动化微处理器控制系统的工作失控。
导航系统的工作失常。
起爆装置的无意爆炸。
工业过程控制功能的失效。
此外强电场还会对生物体造成影响，一般可以分为热效应与非热效应。对于热效应，随着射频入射功率密度的逐渐增加，可以出现血流加快、血液分布较少部位的局部体温升高、酶活性降低、蛋百质变性、心率改变甚至体温调节能力受抑制、局部组织受损直至死亡等。而对于非热效应，其影响就广泛的多。包括对中枢神经系统、血液免疫系统、心血管系统、生殖系统与胚胎发育的影响等。这些影响不仅反应在个体级、器官级而且影响到细胞级。
电磁兼容的主要研究对象及设计要求
电磁兼容主要研究对象：
①各种人为噪声，如输电线电晕噪声、汽车噪声、接触器自身噪声及导体开台时放电引起的噪声、电气机车噪声、城市噪声等。
②共用走廊内各种公用事业设备（输电线、通信、铁路、公路、石油金属管线等）相互间的影响。
③超高层建筑、输电线、铁塔等大型建筑物引起的反射问题。
④电磁环境对人类及各种生物的作用。其中包括强电线等工频场，中、短波及微波电磁辐射的影响。
⑤核电磁脉冲的影响。高空核爆炸产生的电磁脉冲能大面积破坏地面上的指挥、控制、通信、计算机及报系统。
⑥探谱（TEMPEST）技术。其实质内容是针对信息设备的电磁辐射与信息泄漏问题，从信息接收和防护两方面所开展的一系列研究工作。
⑦电子设备的误动作。为了防止误动作，必须采取措施以提高设备的抗干扰能力。
⑧频谱分配与管理。无线电频谱是一种有限的资源，但不是消耗性的，既要科学地管理，又要充分地利用。
⑨电磁兼容与测量。
⑩自然界影响等。
在进行电磁兼容设计时要求：
①明确系统的电磁兼容指标。电磁兼容设计包括本系统能保持正常工作的电磁干扰环境和本系统干扰其它系统的允许指标。
②在了解本系统干扰源、被干扰对象、干扰途径的基础上，通过理论分析将这些指标逐级分配到各分系统、子系统、电路和元件、器件上。
③根据实际情况，采取相应措施抑制干扰源，消除干扰途径，提高电路的抗干扰能力。
④通过实验来验证是否达到了原定的指标要求，如未达到则进一步采取措施，循环多次，直至达到原定指标为止。
提高电磁兼容性的措施
①使用完善的屏蔽体可防止外部辐射进入本系统，也可防止本系统的干扰能量向外辐射。屏蔽体应保持完整性，对必不可少的门、缝、通风孔和电缆孔等须妥善处理，屏蔽体要有可靠的接地。
②设计合理的接地系统，小信号、大信号和产生干扰的电路尽量分开接地，接地电阻尽可能小。
③使用合适的滤波技术，滤波器的通带经过合理选择，尽量减小漏电损耗。
④使用限幅技术，限幅电平应高于工作电平，并且应双向限幅。
⑤正确选用连接电缆和布线方式，必要时可用光缆代替长电缆。
⑥采用平衡差动电路、整形电路、积分电路和选通电路等技术。
⑦系统频率分配要恰当。当一个系统中有多个主频信号工作时，尽量使各信号频率避开，甚至避开对方的谐振频率。⑧共用走廊的各种设备，在条件许可时，应保持较大的隔距，以减轻相互之间的影响。
来源：电气圈
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