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电磁兼容—必须突破的技术壁垒

来源:龙人计算机研究所 作者:站长 时间:2006-11-06 10:06:22


一个传导干扰就令70%的国产PC步入不合格产品行列,而传导干扰只是电子产品电磁兼容的
一个指标。电磁兼容已经成为制约我国电子产品出口的一个技术壁垒。

电磁传导——曾令70%的中小企业在质检中落马

早在1996年9月,国家技术监督局会同原电子工业部对国产微机产品质量进行了一次抽样检查
,结果不容乐观,PC的合格率仅为61.5%。在7大类27个项目的全面检查中,传导干扰不合格成
为最突出的问题。

传导干扰是电子产品电磁兼容性检验的一个项目,这次抽查不合格的企业70%的问题出在这里,
而电磁兼容指标是国家标准中的强制性要求。因此,只这一项不合格就应定为不合格产品,没有
任何商量的余地。

令70%企业“落马”的传导干扰究竟是什么呢?传导干扰是用来衡量电子产品在运行过程中对
整个电网发送电子干扰信号大小的一个概念。所有的电子产品在用电时都会对电网发出干扰信号,
如果干扰信号过大,就会影响整个电网的用电质量,从而干扰到其他电器的正常运行。因此,大多
数国家对电子产品的传导干扰指标都有硬性的规定,禁止传导干扰过大产品的生产和销售。

电磁干扰——危害日益严重的一个电磁兼容问题

其实,传导干扰是最基本的一个电磁干扰问题,它是由于PC电源不合格引起的,兼容机厂家一
般采用的廉价电源,只要再加一个滤波线圈就能保证传导干扰检测过关。那么什么是电磁干扰呢?

电磁干扰(Electromagnetic Interference-EMI)是指电子设备或系统发出的杂散能量或外
部进入该电子设备或系统的杂散能量,如在笔记本电脑和测试设备之间、打印机和台式电脑之间以
及蜂窝电话和医疗仪器之间等都具有高频电磁干扰。电磁干扰包括传导型(低频)EMI、辐射型
(高频)EMI、静电放电(ESD)或雷电引起的EMI。

在人类进入信息化社会的今天,电磁波作为一种资源已在0Hz~400GHz宽频范围内,广泛地用
于信息技术产品中,如汽车、通信、计算机、家电等产品,大量地涌人社会和家庭。伴之而来的电
磁干扰也就从低频到微波波段,无孔不入地辐射或传导至运行中的子设备或系统以及周围的环境,给
设备或系统甚至生态带来了越来越严重的危害。

信息技术设备的电磁干扰不容忽视。计算机己朝高速度、高灵敏度、高集成和多功能方向发展,
系统已是含有多种元器件和许多分系统的低压传输信息的复杂设备。高速和高密会使系统的辐射加
重,低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。因此,电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰,严重
地威胁着计算机和数字系统工作的稳定性、可靠性和安全性。

在家庭、商业、工厂和交通工具中微处理器使用的程度在不断加大。将来,在多种电子设备房间
内会有更多的发射和敏感设备,相应的问题也就随之而来。

现在,随着蓝牙技术的出现,在几乎所有的电子设备中都可能出现这种新的发射装置。蓝牙是一
种使用2.4GHz ISM(工业、科学和医药设备)频段,在范围大致为30m内的电子设备间自动进行
通信的无线跳频技术规范。世界范围内超过1200家公司已经接受了蓝牙的操作规范。到2004年,
将有4亿台设备使用蓝牙。显然,当暴露在入射无线信号下时,采用蓝牙技术的设备应该可以正常工
作。但我们不能够确定的是,临近的其他非蓝牙设计的设备能否不受干扰地工作。

信息技术设备的电磁泄漏威胁着信息安全。在网络时代,信息泄漏被认为是对网络安全的最大威
胁。但是,计算机的键盘、显示屏等都会使信息通过辐射泄漏出去。这就是所谓的TEMPEST现象。
更精确的定义是指电子信息设备通过电磁能量发射产生了信息的泄漏。

美国曾有人在纽约做过试验,将辐射信号截获设备“数据扫描器”装在汽车上,从曼哈顿南端的
贝特利公园,沿华尔街缓行,对沿途的海关大楼、联邦储备银行、世界贸易中心、市政厅、警察总
局、纽约电话局以及联合国总部等单位正在工作的计算机进行辐射信号监测。结果惊奇地发现,纽
约是一个巨大的信息库。

电磁干扰对人体有危害。当今,许多医疗设备都采用了先进的电子和信息技术。这些设备的抗扰
度如何,直接关系到人们的生命安危。如心脏起膊器,往往就会受到来自计算机、手机等的电磁干
扰,使其功能发生变化。据说,一付由生物电控制的假肢,在高压线下受到电磁干扰后人仰车翻。这
就是电磁干扰通过干扰医疗设备而对人体造成了间接危害。

电磁兼容——飞速发展的边缘学科

IEC为电磁兼容性所下的定义为:“电磁兼容性是电子设备的一种功能,电子设备在电磁环境中
能完成其功能,而不产生不能容忍的干扰。”电磁兼容(EMC)技术是一门迅速发展的综合性边缘学
科。它以电磁场和无线电技术的基本理论为基础,并涉及许多新的技术领域,如微波技术、微电子
技术、计算机技术、通信和网络技术以及新材料等。电磁兼容技术研究的范围很广,几乎涉及所有
现代化工业领域。

电磁兼容性包括设备内电路模块之间的相容性、设备之间的相容性以及系统之间的相容性。电路
之间的干扰是设备性能下降的主要原因之一。数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波,
因此会产生很强的辐射。实际上数字电路普及后,电磁干扰的问题才日益突出。设备之间的干扰主
要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过电源线产生干扰,所以在设备的电源
输入口处一般要安装电源线滤波器。

电磁兼容问题的三个要素是:电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。解决电磁兼容问题就从这3个
方面入手,消除其中的一个。为了实现电磁兼容必须深入研究以下5个问题:深入研究电磁骚扰源,
包括其频域和时域特性,产生的机理以及抑制措施等;深入研究电磁骚扰传播特性;深入研究敏感
设备抗干扰的能力;深入研究电磁兼容性问题的测量方法;深入研究系统内及系统间的电磁兼容性。

电磁兼容的工程方法有测试修改法,在设计的过程中尽量采用电磁兼容设计规范,样机完成后进
行测试,若发现不能满足电磁兼容性要求,再进行修改,直到满足要求为止,该方法适合于比较简
单的设备,但开发成本较高;系统设计法,在产品的设计过程中仔细预测各种可能发生的电磁兼容
问题,从设计的一开始就采取各种措施避免电磁兼容问题,这种方法通常能在正式产品完成之前解
决80%的电磁兼容问题。

EMC——国产电子设备必须突破的一个技术壁垒

20世纪90年代以来,许多国家都相继颁布了相关法令、管理规范及标准等,并对电工电子设备
的生产和市场流通,以及从事有电磁辐射活动的台站和企业的建立,实行全面管理与监督,尤其是
广泛开展了电磁兼容认证制度,以确保公共安全与公众利益。

随着市场经济的发展,我国要参与世界技术市场的竞争,进出口的电子产品都必须通过EMC检
验。因此,我国政府和相关部门越来越关注EMC问题,不断制定有关的强制性标准。各部门和军队
中也都开始研究并建立了不同规模的EMC实验室和检测中心。

但是必须正视的一个事实是,我国电子产品的电磁兼容性与世界发达国家相比还具有很大的差
距。由于国际上十分重视电子产品的EMC设计,并且许多国家对电子产品的电磁兼容标准是强制
执行的,所以EMC问题已经成为制约我国电子产品出口的一个技术壁垒。
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