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p1正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁遮罩材料設計者指南(1)資料整理﹕BECK.ZHANG03/22/2004p2EMC電磁屏蔽材料設計者指南１、ＥＭＣ設計的緊迫性本章講解ＥＭＣ設計的緊迫性，爲本書重點介紹實際技術提供背景。首先簡單介紹ＥＭＣ符合性測試的要求，然後介紹相關的法規和標準。最後復習一下電磁遮罩的理論，以爲讀者提供足夠的知識來選擇適當的遮罩技術。什麽是電磁相容性？電磁相容是一台設備在所處的環境中能滿意地工作的能力，它既不對其他設備造成干擾，也不受其他干擾源的影響。干擾的定義是能引起誤動作或性能下降的電磁能量，今後我們稱爲ＥＭＩ。正大光明公正無私幫助別人成就自己p3正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南电磁干扰源电磁干扰敏感器电视和广播航空导航系统等幅波发射机微处理器电气马达高保真设备遥控单元计算机电焊装置等幅波接收机电气设备心脏起搏器发动机点火系统电子测量设备雷达发射机广播和电视接收机电动工具电子车库门表1.1电磁干扰源和敏感器44正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南任何一個電磁能量會産生擴散的球面波，這種波在所有方向上傳播。在任何一點，這種波包含相互垂直的電場分量和磁場分量，這兩種分量都垂直於波的傳播方向。這種情況如圖１－１所示。雖然如圖１－２所示的頻譜中的任何頻率的都能引起干擾，但主要問題是由１０ＫＨz～１ＧＨz範圍內的射頻能量引起的。射頻干擾（ＲＦＩ）是電磁干擾的一種特殊形式，光、熱和Ｘ射線是電磁能量的其他特殊形式。電磁干擾需要兩個基本條件：電磁能量源和對這個源産生的特定幅度、頻率的能量敏感的器件，稱爲敏感器。表１－１給出了一些常見的源和敏感器。另外，在源和敏感器之間還需要傳播路徑來傳輸能量。電磁干擾遮罩通常改變電磁能量傳播路徑來達到的。图1-1电磁场图1-2电磁谱p5正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南電磁干擾分爲兩類：輻射干擾和傳導干擾，這是由傳播路徑的類型來定的。當一個器件發射的能量，通常是射頻能量，通過空間到達敏感器時，稱爲輻射干擾。干擾源既可以是受干擾系統中的一部分，也可以是完全電氣隔離的單元。傳導干擾的産生是因爲源與敏感器之間有電磁線或信號電纜連接，干擾沿著電纜從一個單元傳到另一個單元。傳導干擾經常會影響設備的電源，這可以通過濾波器來控制。輻射干擾能影響設備中的任何信號路徑，其遮罩有較大難度。輻射電磁能量成爲電磁干擾的機理可以由法拉第定律來解釋。這個定律表明當一個變化的電場作用于一個導體時，在這個導體上會感應出電流。這個電流與工作電流無關，但是電路會象與工作電流一樣來接收這個電流並發生回應。換句話說，隨機的射頻信號能夠向電腦發出指令，使程式發生變化。技術驅動力有許多因素使ＥＭＣ成爲電子設備設計中重要的內容。首先，日益增多的電子設備帶來了許多電磁干擾源和敏感器，這增加了潛在的干擾。設備的小型化使源與敏感器靠得很近。這使傳播路徑縮短，增加了干擾的機會。器件的小型化增加了它們對干擾的敏感度。由於設備越來越小並且便於攜帶，象汽車電話、膝上電腦等設備隨處可用，而不一定局限於辦公室那樣的受控環境。這也帶來了相容性問題。例如，許多汽車裝有包括防抱死控制系統在內的大量的電子電路，如果汽車電話與這個控制系統不相容，則會引起誤動作。p6EMC電磁屏蔽材料設計者指南互聯技術的發展降低了電磁干擾的閾值。例如，大型積體電路片較較低的供電電壓降低了內部雜訊門限，而它們精細的幾何尺寸的較低的電平下就受到電弧損壞。它們更快的同步操作産生更尖的電流脈衝，這會帶來從Ｉ／Ｏ埠産生寬帶發射的問題。一般來說，高速數位電路比統的類比電路産生更多的干擾。傳統上，電子線路裝在金屬盒內，這種金屬盒能夠通過切斷電磁能量的傳插路徑來提供遮罩作用。現在，爲了減輕重量、降低成本，越來越多地採用塑膠機箱。塑膠機箱對與電磁干擾是透明的，因此敏感器件處於無保護的狀態。法律的變化也是驅動力支一。控制電磁發射和敏感度的強制標準的實施，迫使製造商們實施ＥＭＣ計劃。産品可靠性的法規將使可靠性成爲頭等重要的事項，因爲一旦設備由於干擾而産生誤動作造成傷害，製造商要承擔法律責任。這對於醫療設備特別重要。在競爭日益激烈的工業中，可靠性已經成爲電子設備的一個重要市場特徵。自動化設備，特別是醫療設備，必須連續工作，這時設備內的ＥＭＩ遮罩技術提高了設備的可靠性。對於資料保密的要求是遮罩市場發展的一個重要動力。已有報道揭露美國駐莫斯科使追究中的資訊已被前蘇聯竊取到，這是通過接收使館內設備産生的電磁能量來實現的。同樣的技術也被用來截獲密碼，然後攻擊銀行電腦系統。通過遮罩，設備的電磁發射能夠減小，提高系統的安全性。現在，人們越來越開始注意各種輻射對健康的影響。過量的Ｘ射線和紫外線照射的危險已經被充分證明了。現在討論的焦點是微波和射頻顯示單元産生的輻射對婦女健康的傷害，因爲已經有充分的證據說明在高壓線附近生活會患疾病。正大光明公正無私幫助別人成就自己p7正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南法規和標準對於設備工程師，瞭解不同市場中對電子設備的ＥＭＣ法規和標準的知識是十分必要的。現在有許多關於産品輻射和傳導發射限制的國家標準和國際標準。有些還規定了對各種干擾的最低敏感度要求。通常，對於不同類型的電子設備有不同的標準。表１.２給出了一些電子設備的標準。雖然一個産品要獲得市場的成功，滿足這些標準是必要的，但符合這些標準是自願的。但是，有些國家給出的是規範，而不是標準，因此要在這些國家銷售産品，符合標準是強制性的。有些規範不僅規定了標準，還賦予當局罰沒不符合産品的權力。下面幾節簡單概述一下一些主要的管理機構的電磁相容標準。p8正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南标题国际标准欧洲标准英国标准工业、科学和医疗射频设备射频干扰特性的测量方法和极限值CISPR11EN55011BS4809汽车、机动船和火花塞点火发动机驱动设备的射频干扰特性测量方法和极限值CISPR12EN55012S833BS905第一部分家用电器和便携式工具射频干扰特性测量方法和极限值CISPR14EN55014BS800荧光灯和照明设备的射频干扰性测量方法和极限值CISPR15EN55015BS5394射频干扰测量装置和测量方法的规范CISPR16EN55016BS727BS905第二部分信息技术设备的射频干扰特性测量方法和极限值CISPR22EN55022BS6527IEC555第1-3部分IEC801BS6667第1-3部分第1-3部分声音和电视接收机的射频干扰特性的测量方法和极限值CISPR13EN55013声音和电视广播接收机敏感度的测量CISPR20EN55020家用电器和类似电气设备引起的电源干扰EN60555BS5406工业过程测量恶化控制设备的电磁兼容性HD481表1.2与电磁干扰和兼容相关的标准p9正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南國際ＣＩＳＰＲ是國際電工委員會（ＩＥＣ）的一個分委會，它成立於１９３４年，那時射頻干擾問題開始出現。這是編制防止無線電干擾標準的第一個國際化聯合組織。ＣＩＳＰＲ沒有編制法律或發佈法規的機構。它所推薦的標準，只有當個別成員國採取適當的行動時，才能成爲法律。ＣＩＳＰＲ２２中推薦的針對資訊技術設備的傳導和輻射發射要求構成了許多主要國家標準的基礎。不幸的是，有些國家在將這些推薦標準作爲國家標準時，進行了調整，這造成了不同國家的要求之間的差異。美國聯邦通信委員會（ＦＣＣ）是負責頻率管理和干擾控制的政府機構。ＦＣＣ有覆蓋多種設備發射限制的規範。ＦＣＣ綱要第２０７８０號，第１５部分，第Ｊ分部適用於所有的數位設備。這些ＦＣＣ規範給出了兩個不同的發射極限值。哪一個極限值適用取決於設備在什麽環境中使用。Ａ級設備被設計成在商業或工業環境中使用。更嚴格一引進的Ｂ級適用於在家庭或居民工內使用的設備。ＦＣＣ沒有規定遮罩效能值，而規定了射頻發射值。表１.３給出了Ａ級和Ｂ級和輻射發射極限值，表１.４給出了傳導發射極限值。所有在美國國內使用的設備必須滿足ＦＣＣ規範。雖然ＦＣＣ的大部分強制性要求在第１５部分，第１８部分也與ＥＭＣ有關。第１８部分也與ＥＭＣ有關，第１８部分中有關於用於工業、科學和醫療目的的射頻發生設備的管理條例。它規定了在一些頻率點上允許的最大幅射值和１０ＫＨz至２４５ＧＨz頻段內這類設備可以使用的頻段。p10正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南频率范围，MHzA级30mB级3m30-883010088-21650150216-100070200场强（μV/m）频率范围，MHzA级B级0.45-1.610002501.6-303000250射频电压（μV）表1.3FCC辐射干扰极限值表1.4FCC传导发射干扰极限值p11正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南德國德國的關於干擾控制的法規是基於ＶＤＥ制定的標準。相關的標準ＶＤＥ０８７１覆蓋了所的産生或處理射頻能量的設備。這些極限值不僅適用於所有種類的計算和數位設備，還適用於工業、科學和醫療設備。唯一的限制是設備産生的基頻高於１０ＫＨz。對於數位設備的要求與ＦＣＣ規定的相似，但是頻率範圍更寬，低頻拓寬到１０ＫＨz。極限值也分爲Ａ級和Ｂ級，更嚴格的Ｂ級適用於通用的用途。Ａ級限於需要特殊安裝的設備。ＶＤＥ關於輻射和傳導的極限值在表１.５和表１.6中給出。符合ＶＤＥ０８７１是強制性的，並由德國郵電部執行。p12正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南频率范围，MHzA级100mB级30m0.01-0.15343430米10米0.15-30343430米10米30-41543441-6829.53468-1745434174-23029.534230-4705434470-7604546760-100059-5746场强（μV/m）表１.５ＶＤＥ辐射干扰极限值频率范围，MHzA级B级0.01-0.1591-69.579-57.50.15-0.566540.5-306048射频电压（μV）表１.6ＶＤＥ传导发射干扰极限值p13正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南英國從表１.2中可以看出，英國標準協會發佈了好幾個關於ＥＭＩ的標準。應用最多的是ＢＳ６５２７關於資料處理和電子辦公設備産生的亂真信號的極限值和測量方法。這個標準的範圍和內容與ＣＩＳＰＲ２２相同，儘管它們的標題不同。覆蓋於０.１５～３０ＭＨz頻率範圍的Ａ級要求適用於商業和工業場合的應用，更嚴格的Ｂ級極限值適用於住宅區中使用的設備。兩級都包含准峰值和平均測量的要求。兩級的極限值數值是相同的，嚴格度是通過將測量距離從３０米減小到１０米來實現的。表１.7給出了推薦的輻射場強極限值。表１.8給出傳導發射的電壓極限值。表１.７６２５７辐射干扰极限值表１.８ＢＳ６２５７传导发射干扰极限值频率范围，MHzA级30mB级10m30-2303030230-10003737场强（μV/m）频率范围MHz准峰值平均值准峰值平均值0.15-0.5796666减到5656减到460.5-5736056465-3073606050射频电压（μV）A级B级p14正大光明公正無私幫助別人成就自己EMC電磁屏蔽材料設計者指南歐洲經濟共同體爲了在歐共體內實現單一的ＥＭＣ標準，以適應１９９２實行的單一歐洲市場，歐洲委員會推行了歐共指令８９／３３６／ＥＥＣ，它要求成員對所有的電子裝置的電磁相容性法規化。法規必須包含干擾和敏感度兩個方面。這個指令中定義的“裝置”包括所有電氣、電子應用設備以及配套的電氣、電子器件。例外情況是出現在其他包含ＥＭＣ要求的指令中的裝置。目前，這種例外包括機動車點火系統和某些電度錶。另外，不是用於商業目的的業餘無線電裝置也屬於例外。這個法規不僅適用於設備的新設計，也適用於指令實施後繼續生産的已有設計。歐洲委員會已經責成ＣＥＮＥＬＥＣ，電工標準化歐洲組織，制定歐洲標準（ＥＮ）。成員國必