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高度重視電子產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)及管理工作

日期:2024-10-19 08:08
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摘要: 電磁兼容性是電子產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo),它包含系統(tǒng)內(nèi)(自兼容性)和系統(tǒng)間的電磁兼容兩個(gè)方面。做為電子所,每年我所承擔(dān)了大量電子產(chǎn)品的研制和生產(chǎn),承擔(dān)任務(wù)的體量越來越大,產(chǎn)品復(fù)雜度及產(chǎn)品的裝備性也急劇提高。特別是承擔(dān)了許多項(xiàng)目的系統(tǒng)總體工作,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量負(fù)有重要的責(zé)任。筆者認(rèn)為,產(chǎn)品的質(zhì)量是由各種因素在設(shè)計(jì)階段形成的,探討一下電磁兼容性的基本內(nèi)容和要求,對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和提高產(chǎn)品的質(zhì)量是很有必要的。 1、 電磁兼容性是什么? 定義:electromagnetic compatibility(EMC) 設(shè)備(分系...
           電磁兼容性是電子產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo),它包含系統(tǒng)內(nèi)(自兼容性)和系統(tǒng)間的電磁兼容兩個(gè)方面。做為電子所,每年我所承擔(dān)了大量電子產(chǎn)品的研制和生產(chǎn),承擔(dān)任務(wù)的體量越來越大,產(chǎn)品復(fù)雜度及產(chǎn)品的裝備性也急劇提高。特別是承擔(dān)了許多項(xiàng)目的系統(tǒng)總體工作,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)品的質(zhì)量負(fù)有重要的責(zé)任。筆者認(rèn)為,產(chǎn)品的質(zhì)量是由各種因素在設(shè)計(jì)階段形成的,探討一下電磁兼容性的基本內(nèi)容和要求,對(duì)于促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和提高產(chǎn)品的質(zhì)量是很有必要的。
1、 電磁兼容性是什么?

定義:electromagnetic compatibility(EMC)
設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng))在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。
即:該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備的電磁發(fā)射干擾導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí);它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備(分系統(tǒng)、系統(tǒng)),因受其電磁發(fā)射干擾而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)。
2、形成電磁干擾的要素

形成電磁干擾,下列三個(gè)因素必須同時(shí)存在。
(1)釋放電磁能量的源(干擾源);
(2)對(duì)源的電磁能量產(chǎn)生不正常響應(yīng)的敏感器(受擾器);
(3)能夠把電磁能量從源耦合到敏感器的通路。(傳播途徑)。
這三者之間的關(guān)系如圖1所示:
?
圖1 產(chǎn)生電磁干擾的三要素
3、電磁兼容性對(duì)產(chǎn)品(系統(tǒng))的影響

(1)對(duì)效能的影響:
? 性能降低或失效,發(fā)射功率不足,方向圖畸變,造成產(chǎn)品不能完成預(yù)定的任務(wù);
? 引起失效模式,降低產(chǎn)品的可靠性;
? 影響元器件或設(shè)備的工作壽命。
EMC對(duì)產(chǎn)品效能的影響范圍見圖2。
?
圖2 EMC影響產(chǎn)品效能的范圍
(2)對(duì)精度的影響
由于對(duì)電磁環(huán)境預(yù)計(jì)不當(dāng)或EMC設(shè)計(jì)不當(dāng),系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生附加的電磁干擾和外部電磁干擾源產(chǎn)生的電磁發(fā)射,使系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵電路對(duì)電磁發(fā)射敏感,致使系統(tǒng)精度降低。例如,通訊信噪比下降、靈敏度降低、制導(dǎo)控制失靈等。
(3)對(duì)**性的影響
系統(tǒng)上使用了大量的大規(guī)模集成電路和低電平數(shù)字電子設(shè)備,當(dāng)電磁干擾超過敏感閾值和**系數(shù)時(shí),會(huì)損壞敏感電路,引起錯(cuò)誤顯示和響應(yīng)、火工品誤爆,影響人員的**。
(4)對(duì)可靠性的影響
電磁干擾可能使電子元器件長久性失效,敏感設(shè)備功能下降或產(chǎn)生故障模式。電磁干擾使設(shè)備的失效率增加,系統(tǒng)完成規(guī)定功能的概率降低,縮短平均故障間隔時(shí)間(MTBF),增加維修時(shí)間和費(fèi)用。在做可靠性預(yù)計(jì)分析時(shí)應(yīng)考慮電磁干擾引起的故障模式。
(5)電磁兼容性效/費(fèi)權(quán)衡
在工程的早期階段,解決電磁干擾的途徑多,技術(shù)措施易行,花費(fèi)的成本較少;到工程后期才發(fā)現(xiàn)干擾,再去采取措施,要受到各種制約,有的是木已成舟,無計(jì)可施。后期與前期相比,即使采取同樣的措施,費(fèi)用將大大增加。
電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系如圖3:
?
圖3 電磁干擾的解決措施及成本與研制進(jìn)度的關(guān)系
4、電磁兼容性設(shè)計(jì)與分析

復(fù)雜系統(tǒng)必須考慮各種電和機(jī)械的接口、界面、各類信息傳輸、結(jié)構(gòu)、布局、技術(shù)狀態(tài)控制、系統(tǒng)配置等的電磁兼容性。在電路設(shè)計(jì)或功能設(shè)計(jì)中,不僅要追求高靈敏度、高速率、大功率,同時(shí)應(yīng)考慮在保證基本功能的情況下的網(wǎng)絡(luò)鈍化、功能鈍化、回避處理、降額設(shè)計(jì)等,以降低電磁干擾的危害,保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。
(1)用于EMC設(shè)計(jì)與分析的主要內(nèi)容有:
? 分析系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境,正確分析后選擇設(shè)計(jì)的主攻方向;
? 精心選擇產(chǎn)品所用的頻率;
? 制定電磁兼容性要求與控制計(jì)劃;
? 對(duì)設(shè)備及模塊、電路采取合理的電磁干擾抑制和防護(hù)技術(shù);
? 電磁兼容設(shè)計(jì)的主要參數(shù)有:限額值、**裕度和費(fèi)效比。
(2)實(shí)施電磁兼容性預(yù)測(cè)分析,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)EMC的方法:
? 解決問題法:先建立系統(tǒng),然后再設(shè)法解決安裝、調(diào)測(cè)、使用中出現(xiàn)的電磁干擾問題。
? 規(guī)范法:在產(chǎn)品的功能和線路設(shè)計(jì)階段就按照預(yù)先建立的標(biāo)準(zhǔn),滿足規(guī)定的極限值;
? 系統(tǒng)法:從合同招標(biāo)、設(shè)計(jì).制造、總裝到試驗(yàn),隨著系統(tǒng)的研制進(jìn)程,不斷地進(jìn)行EMC預(yù)測(cè)分析和控制分配,及時(shí)、有效地解決干擾問題。
5、 電磁兼容性設(shè)計(jì)的主要方法

關(guān)于電磁兼容性的設(shè)計(jì)是一門專業(yè),也有很多的國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以參照,在此僅舉出我所產(chǎn)品中常用到的一些方法供參考。
(1)頻譜保障
根據(jù)性能和電磁兼容性要求,對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)工作頻段或頻率進(jìn)行統(tǒng)一選取和分配,避免各頻率間的相互干擾,并盡量少占用頻譜。
(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)(但不限于)考慮如下內(nèi)容:
? 設(shè)計(jì)選用的金屬、鑄件、表面涂層和附件的型別;
? 結(jié)構(gòu)形式,如隔艙化結(jié)構(gòu),濾波器和與其他部件的隔離,開口(通風(fēng)口、檢查口、窗口、艙口、儀表面板、控制軸等)所用的濾波型式和特性,所有內(nèi)外接合表面上所用射頻密封墊的典型衰減特性;
? 屏蔽設(shè)計(jì)方法:注意屏蔽體接縫處的連接方式,要有足夠的重疊;屏蔽體的材料在機(jī)械加工之后應(yīng)進(jìn)行退火處理,去掉應(yīng)力;視磁場(chǎng)強(qiáng)度可采用雙層屏蔽;
? 要根據(jù)電磁場(chǎng)方向來確定元器件的位置和隔離措施;
? 腐蝕控制措施。
(3)電子、電氣布線、接地設(shè)計(jì)
? 信號(hào)中大量的干擾是信號(hào)之間通過電線、電源線產(chǎn)生的共模干擾。為解決這個(gè)問題,通常電源輸入端采用了EMC濾波器;
? 各種走線盡可能短、直、均勻、拐?qǐng)A角或斜角;信號(hào)線與回流線盡量靠近;
? 機(jī)殼采用雙層屏蔽結(jié)構(gòu),高頻模塊和低頻模塊、高頻各模塊之間均隔離屏蔽;
? 電纜束的布置應(yīng)避免形成回路狀走向;
? 為減少發(fā)射和降低敏感度而對(duì)電子、電氣線路的布線設(shè)計(jì),電纜分隔屏蔽和敷設(shè)、接地原則等需要提出詳細(xì)說明,并規(guī)定統(tǒng)一的方法。
(4) 電路電磁兼容設(shè)計(jì)
? 印制電路板采用雙面介質(zhì)板,高頻信號(hào)用微帶線;
? 數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)分開,減少耦合;
? 高頻信號(hào)多點(diǎn)就近接地到機(jī)殼上,電源地在信號(hào)**級(jí)放大器處和信號(hào)地相接,數(shù)字信號(hào)地直接接到數(shù)字芯片*近處;
? 在二次電源模塊前加入EMI電源濾波器以吸收外部對(duì)內(nèi)和內(nèi)部對(duì)外的電磁干擾。屏蔽盒內(nèi)采用帶EMI吸收的濾波器穿心電容饋電;
? 地線要求:高頻信號(hào)屏蔽機(jī)殼雖然是信號(hào)地和二次電源輸出地但不作為電源載流回線,二次電源輸出端設(shè)計(jì)專用的電源回線;
? 接插件的連接方法采用雙點(diǎn)、雙線的連接方式。消除接插件接觸不佳引起的打火干擾。
(5) 工作頻點(diǎn)及工作模式設(shè)計(jì)
對(duì)電子設(shè)備工作頻點(diǎn)較多,頻率范圍較寬時(shí),設(shè)計(jì)上要避免干擾頻率落在信號(hào)通帶內(nèi);對(duì)多個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)工作時(shí)會(huì)互相產(chǎn)生干擾,而在設(shè)計(jì)上又無法避免的情況,可考慮利用分時(shí)工作模式設(shè)計(jì)。
6、 保證產(chǎn)品電磁兼容性應(yīng)開展的工作

根據(jù)項(xiàng)目研制的不同階段,電磁兼容性工作有不同的內(nèi)容,大致包括:
(1) 論證階段
? 確定和分析預(yù)期的電磁環(huán)境;
? 提出電磁兼容性的一般要求;
? 分析方案的費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)既定任務(wù)的影響;
? 研究系統(tǒng)頻譜、頻率分配與利用的合理性;
(2) 方案階段
? 制訂電磁兼容性大綱、控制計(jì)劃;
? 成立電磁兼容性相關(guān)組織管理機(jī)構(gòu)或技術(shù)組,落實(shí)責(zé)任;
? 制定、選用、剪裁適用的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范;
? 確定系統(tǒng).分系統(tǒng)、設(shè)備的電磁兼容性要求;
? 確定頻譜和頻率分配,編制頻率使用管理文件;
? 確定驗(yàn)證要求、試驗(yàn)計(jì)劃;
? 電磁兼容性階段評(píng)審。
(3) 工程研制階段
? 實(shí)施電磁兼容性控制計(jì)劃,功能設(shè)計(jì)中進(jìn)行電磁兼容性設(shè)計(jì);
? 進(jìn)行電磁兼容性模擬、考核試驗(yàn),驗(yàn)證符合性,改進(jìn)電磁兼容性設(shè)計(jì),提交試驗(yàn)報(bào)告;
? 評(píng)審電磁兼容性設(shè)計(jì)更改及對(duì)工程的影響;
? 確定工藝和安裝中的電磁兼容性;
? 確定使用和維修中的電磁兼容性要求;
? 電磁兼容性階段評(píng)審。
(4)定型階段
? 進(jìn)行電磁兼容性定型鑒定試驗(yàn);
? 審查電磁兼容性文件的完整性、符合性;
? 提交電磁兼容性綜合評(píng)價(jià)報(bào)告。
高度重視產(chǎn)品的電磁兼容性工作,在產(chǎn)品研制的各階段將電磁兼容性工作做到位,更好地提高產(chǎn)品的六性水平,保證產(chǎn)品的有效應(yīng)用及裝備。

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