可靠性设计要求——EMC设计

[导读]电磁屏蔽是利用金属板、网、盖、罩、盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播所采取的一种结构措施李永梅（东南大学成贤学院江苏南京210088）【摘要】EMC设计是电子设备设计中的重要环节。

本文依据EMC的基本原理，综合考虑了屏蔽材料、屏蔽方式、缝隙和孔的处理等诸多因素，结合机械加工的手段和工艺，对机箱EMC的结构设计方法进行分析和探讨。

【关键词】机箱；电磁屏蔽；结构设计1.引言随着科学技术的迅速发展，现代各种电子、电气、信息设备的数量和种类越来越多，性能越来越先进，其使用场合和数量密度也越来越高。

这就使得电子设备工作时常受到各种电磁干扰，包括自身干扰和来自其它设备的干扰，同时也对其它设备产生干扰[1]。

在这种情况下，要保证设备在各种复杂的电磁环境中正常工作，则在结构设计阶段就必须认真考虑电磁兼容性设计。

如果忽视了这一问题,到新产品使用时，干扰问题就会暴露出来。

因此及早地解决电磁干扰问题是电子设备机箱结构设计时必须考虑的重要环节。

2.理论基础电子设备结构中常见的电磁干扰方式主要有传导干扰和辐射干扰两种，因此电磁兼容（EMC）设计的主要方法有屏蔽、滤波、接地等。

2.1屏蔽电磁屏蔽是利用金属板、网、盖、罩、盒等屏蔽体阻止或减小电磁能量传播所采取的一种结构措施。

常用的方法有静电屏蔽，磁屏蔽和电磁屏蔽。

电子设备结构设计人员在着手电磁兼容性设计时，必须根据产品所提出的抗干扰要求进行有针对性的电磁屏蔽设计。

屏蔽通常有静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽三种。

2.2滤波电路中的干扰信号常常通过电源线、信号线、控制线等进入电路造成干扰，所以对公用电源线及通过干扰环境的导线一般均要设置滤波电路。

2.3接地接地问题在电磁兼容性设计中也是一个极其重要的问题，正确的接地方法可以减少或避免电路间的互相干扰。

根据不同的电路可用不同的接地方法。

通常组合单元电路接地有串联一点接地、并联一点接地和多点接地三种方式。

整机接地方式也是保障产品电磁兼容性的主要措施之一。

结构工程师必须掌握的EMC结构设计知识1.EMC简单介绍EMC的概念：电磁兼容（Electromagnetic Compatibility , EMC）其定义为“设备和系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”。

EMC包含两个方面的意思，首先，设备能够抵抗所接受到的干扰而正常工作(即EMS)；其次，设备所发射的电磁干扰不能影响其它设备的正常工作(即EMI)。

生活中的EMC：飞机上限制使用手机等电子设备，是因为手机等有可能会对机载设备造成电磁干扰，引起机载设备性能下降或者功能丧失，影响飞机飞行安全。

有时乘客会偷偷使用手机，为什么没有“引起机载设备性能下降或者功能丧失”？这是因为飞机的“电磁兼容性”设计有很高的安全裕度。

随着电子电气设备越发密集的应用，电磁兼容性引起工业制造领域各设备制造商的广泛关注，民用飞机电磁兼容性设计验证更是有着严格的适航要求。

电磁兼容性设计工作基于一个重要的现象：电子电气设备在正常工作时，既对外部空间发射电磁能量，也容易被外来电磁能量干扰。

现代民机作为高度集成各种电子设备的精密系统，任何关键设备的正常工作受到影响，后果都将不堪设想。

例如，飞机若想按照事先规划的航路飞行以确保空域畅通和绝对安全，在飞行中需要时刻与地面塔台保持联系，这有赖导航系统的准确定位，且通信系统能快速清晰传达和接收信息。

如果电磁兼容工作不到位，同时工作的其他设备所发射的电磁能量经过叠加，可能超过一般设备的耐受上限，通过线缆传导或者空间耦合等机理进入通信、导航等系统，轻则降低系统工作性能，重则损坏电路，使系统彻底失效。

电磁干扰作为一种可传播的能量，从发射源产生通过耦合路径最后到达受影响设备。

上述三者即电磁兼容三要素。

民机设计师通过“三要素”开展电磁兼容工作。

比如，在设计初期，通过优化“发射源”的设计，使其降低无意泄漏的电磁能量；在系统安装集成阶段，通过增加敏感设备之间的隔离距离，“切断”耦合路径；在系统验证阶段，如果发现了电磁兼容问题，再针对性地为问题设备增加屏蔽层。

EMC基础知识及要求一、EMC：Electromagnetic Compatibility 电磁兼容性(包括两个方面) EMC = EMI + EMS电磁兼容定义：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。

a)EMI：Electromagnetic Interference 电磁干扰系统产生的电磁扰动的程度低于一定的标准要求，不致妨碍其他电器装置的正常工作。

b)EMS：Electromagnetic Susceptibility 电磁敏感度(抗扰性)系统具有一定的抗电磁扰动的能力，在电磁扰动的环境下能正常工作。

二、国际、国内电磁兼容标准体系1. 国际标准——IEC/CISPR标准国际电信联盟、国际大电网工作会议、国际电工委员会（IEC）及无线电干扰特别委员会（CISPR）等单位从事电磁兼容的协调、管理和技术标准的制定。

IEC下属的TC77组织主要负责制订电磁环境标准、电磁兼容基础标准、较低频率范围和电磁脉冲的电磁兼容标准.而CISPR主要负责制订有关电磁兼容的产品标准及较高频率范围的电磁兼容标准。

2. 欧盟标准——EN标准欧洲电工标准化委员会制定EN标准。

它与IEC/CISPR关系密切，其过去颁布的标准经常是引用IEC/CISPR标准。

但现在其新制订或修订的EN标准反过来影响IEC/CISPR标准。

CE认证需采用EN标准。

3. 美国FCC法规美国联邦通信委员会FCC制订的法规FCC Rules（即联邦法典第47卷）涉及电磁兼容。

FCC主要是电磁发射方面的限制要求。

4. 中国国家标准——GB、GB/T及GB/Z标准我国的标准化工作正在积极与国际接轨，包括标准接轨、规范程序协调、承担国际义务和国际互认。

近些年我国制订或修订的电磁兼容标准一般都等同或等效于IEC/CISPR标准。

现已发布实施的EMC国家标准有三类：字头为GB的强制性标准，GB/T推荐性标准，GB/Z 专业指导性标准。

emc设计方案EMC（Electromagnetic Compatibility），即电磁兼容性，是指电子设备在同一环境中能够正常工作，而不会对周围其他设备产生干扰或被其他设备干扰的能力。

EMC设计方案是为了确保电子产品在电磁环境中的性能和稳定性而进行的设计。

首先，EMC设计方案需要充分了解产品的工作环境以及与其它设备的电磁相互作用。

通过对电磁场的测试和分析，可以确定产品所处的电磁环境特点，找出可能存在的问题和风险。

基于这些信息，可以制定合理的EMC设计方案。

其次，EMC设计方案需要采取适当的电磁屏蔽措施。

在设计产品时，应考虑到电子元件的布局、线路的走向以及适当的接地和屏蔽措施。

例如，可以通过合理设计线路布局，减小电磁辐射的可能性；采用屏蔽材料和屏蔽技术，减少电磁泄露和外部电磁干扰；增加滤波器和抑制器，阻止干扰信号的入侵。

同时，EMC设计方案还需要进行严格的电磁兼容性测试。

通过对产品进行各种电磁兼容性测试，可以评估产品的电磁兼容性，发现潜在的问题和故障，并及时采取改进措施。

常见的测试项目包括辐射测试、传导测试、抗扰度测试等。

只有通过了这些测试，产品才能够获得相应的认证和合格证书。

最后，EMC设计方案还需要考虑到产品的可维护性和可升级性。

在设计产品时，应考虑到后期维护和升级时可能对EMC 性能带来的影响。

例如，在设计产品外壳时，应预留适当的空间和接口，方便后期更换或升级EMC相关部件，提高产品的可维护性和可升级性。

综上所述，EMC设计方案是确保产品在电磁环境中正常工作的关键。

通过充分了解产品工作环境、采取电磁屏蔽措施、进行严格的测试以及考虑产品的可维护性和可升级性，可以有效保证产品的电磁兼容性，提高产品的稳定性和可靠性，减少产品在电磁环境中产生的干扰和受到的干扰。

这样不仅有助于提升产品竞争力，还有助于维护整个电子设备的正常运行和电磁环境的安全。

EMC 设计技术随着电力电子技术的发展，开关电源模块以其相对体积小、效率高、工作可靠等优点而逐渐取代传统整流电源但是，由于开关电源工作频率高，内部会产生很高的电流、电压变化率(即高dv／dt和di／df)，导致开关电源模块产生较强的电磁干扰，并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作，当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响，电磁干扰将造成传输信号畸变，影响电子设备的止常工作对于雷电、静电放电等高能量的电磁下扰，严重时会损坏电子设备而对于某些电子设备，电磁辐射会引起重要信息的泄漏，严重时会威胁国家信息安全这就是我们所讨论的电磁兼容性问题另外，国家开始对部分电子产品强制实行3C认证，因此，一个电子设备能否满足电磁兼容标准，将关系到这一产品能否在市场上销售，所以，进行开关电源的电磁兼容性研究显得非常重要日常生活中常用的频率范围，包括交流电源频率、音频、长、中、短波收音机占有的频段、调频及电视广播、蜂窝电话常用的900MHz 及1.8GHz。

但实际的频谱远比这拥挤得多，9KHz 以上的频段几乎都被用于特定的场合。

随着微波技术广泛应用于日常生活，该图中所示的频率也很快将扩展至10GHz（甚至100GHz）。

交流电源整流器件在基频至相当高的谐波频率范围内均可发射开关噪声，具体情况取决于这些器件的功率。

5 千伏安左右的电源（线性或开关模式）由于其50 或60Hz 桥式整流所产生的开关噪声，通常在数MHz 频率以下不能满足传导发射的限制要求。

可控硅直流电机驱动装置及交流移相控制系统所产生的噪声也大致如此。

这些噪声极易干扰中长波和部分短波广播。

开关电源的工作基频一般在2kHz 至500kHz 之间。

开关电源在其工作频率1000 倍的频率处仍具有很强的发射是常见的。

图15 给出了个人计算机中常用的频率为70kHz 的开关电源的发射频谱。

这将干扰包括调频广播在内的广播通信。

这些器件的发射通常会在200MHz 甚至更高的频率超过发射极限值。

PCB布局设计中的EMC标准评估分析在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）布局设计过程中，EMC （Electromagnetic Compatibility，电磁兼容性）标准评估分析是至关重要的一步。

EMC标准评估分析旨在确保电子设备在工作时不会相互干扰，同时也不会受到外部电磁干扰的影响，从而保证设备的稳定性和可靠性。

首先，需要明确了解EMC标准的基本原则。

EMC标准通常包括电磁兼容性、干扰电压抑制、传导干扰和辐射干扰等方面的要求。

在设计PCB布局时，需要考虑到这些要求，保证PCB布局符合相关标准的规定。

其次，进行电磁兼容性分析。

电磁兼容性分析是评估电子设备是否在电磁环境中正常工作而不会产生干扰的重要手段。

通过对电路板布局、线路走向、接地等方面的合理设计，可以有效减少电磁辐射和传导干扰的发生，提升设备的抗干扰能力。

另外，需要对干扰电压抑制进行评估。

干扰电压抑制是指在电路设计中采取措施降低干扰电压的作用。

在PCB布局设计中，可以通过合理的布线、差分信号设计、模拟与数字信号分离等方式来减少干扰电压的产生，从而降低设备受到干扰的可能性。

此外，还要考虑传导干扰和辐射干扰的评估。

传导干扰是由于电路板之间的相互作用导致的干扰，而辐射干扰则是由于电路板辐射的电磁波造成的干扰。

在PCB布局设计中，可以采取减少线路长度、增加地线面积、使用滤波器等手段来降低传导干扰和辐射干扰的影响，提升设备的抗干扰能力。

最后，在进行EMC标准评估分析时，需要借助专业的仿真软件和工具进行模拟和测试。

通过仿真可以提前发现潜在的干扰问题，避免在实际生产中出现不必要的麻烦。

同时，还可以借助传导和辐射测试仪器对电磁兼容性进行实际的测试，确保设备符合相关标准的要求。

综上所述，PCB布局设计中的EMC标准评估分析是确保电子设备稳定运行的关键步骤。

通过对电磁兼容性、干扰电压抑制、传导干扰和辐射干扰等方面进行全面评估，可以有效提升设备的抗干扰能力，确保设备在各种工作环境下都能正常运行，为用户提供更加可靠的产品和服务。

电磁兼容EMC设计及测试技巧转载自：单片机工具之家当前，日益恶化的电磁环境，使我们逐渐关注设备的工作环境，日益关注电磁环境对电子设备的影响，从设计开始，融入电磁兼容设计，使电子设备更可靠的工作。

电磁兼容设计主要包含浪涌（冲击）抗扰度、振铃波浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度、工频电源谐波抗扰度、静电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度、脉冲磁场抗扰度、传导骚扰、辐射骚扰、射频场感应的传导抗扰度等相关设计。

电磁干扰的主要形式电磁干扰主要是通过传导和辐射方式进入系统，影响系统工作，其他的方式还有共阻抗耦合和感应耦合。

传导：传导耦合即通过导电媒质将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上,属频率较低的部分(低于30MHz)。

在我们的产品中传导耦合的途径通常包括电源线、信号线、互连线、接地导体等。

辐射：通过空间将一个电网络上的骚扰耦合到另一个电网络上，属频率较高的部分(高于30MHz)。

辐射的途径通过空间传递，在我们电路中引入和产生的辐射干扰主要是各种导线形成的天线效应。

共阻抗耦合：当两个以上不同电路的电流流过公共阻抗时出现的相互干扰。

在电源线和接地导体上传导的骚扰电流，多以这种方式引入到敏感电路。

感应耦合：通过互感原理，将在一条回路里传输的电信号，感应到另一条回路对其造成干扰。

分为电感应和磁感应两种。

对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应对策：传导采取滤波（如我们设计中每个IC的片头电容就是起滤波作用），辐射干扰采用减少天线效应（如信号贴近地线走）、屏蔽和接地等措施，就能够大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力，也可以有效的降低对外界的电磁干扰。

电磁兼容设计对于一个新工程的研发设计过程，电磁兼容设计需要贯穿整个过程，在设计中考虑到电磁兼容方面的设计，才不致于返工，避免重复研发，可以缩短整个产品的上市时间，提高企业的效益。

一个工程从研发到投向市场需要经过需求分析、工程立项、工程概要设计、工程详细设计、样品试制、功能测试、电磁兼容测试、工程投产、投向市场等几个阶段。

结构设计规范（EMC）一、简单介绍电磁兼容（Electromagnetic Compatibility , EMC）主要包含两方面的内容：电磁干扰（Electromagnetic interference , EMI）；电磁敏感度（Electromagnetic susceptibility , EMS）。

电磁兼容设计基本目的：A 产品内部的电路互相不产生干扰，达到预期的功能。

B 产品产生的电磁干扰强度低于特定的极限值。

C 产品对外界的电磁干扰有一定的抵抗能力。

在整个工程项目中，必须在设计初期开始考虑电磁兼容设计。

一方面，这对整个工程项目是个效费比很高的措施，可以有效避免工程项目因为电磁兼容测试未通过而进行较大修改，产生不必要的成本增加。

另一方面，设计初期可以采取相对较多的措施来满足电磁兼容要求，而后期可采取的措施比较少。

在电磁兼容设计过程中，针对电磁兼容性设计中的重点和关键，分析并预测各种可能发生的电磁兼容问题，并从设计初期就采取各种技术措施，包括电路硬件与结构相结合、电路硬件与软件相结合的技术措施。

电磁兼容设计主要从三个方面进行：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。

耦合途径主要是传导和辐射。

具体在工程措施上，电磁兼容设计可分为：信号设计、线路设计、屏蔽、接地与搭接、滤波、合理布局。

其中与结构关系较大的有：屏蔽、接地与搭接、合理布局。

但这并不代表其他措施与结构设计完全无关，结构设计亦需配合完成其他措施比如滤波。

二、常用测试项目2.1、在电磁兼容性设计中遇到的常用测试项目，从干扰源与被干扰对象角度可分为两类：EMI（电磁发射测试）和EMS（电磁敏感度测试）。

EMI（电磁发射）：被测设备为干扰源，测试被测设备对外界发射的电磁干扰水平。

EMS（电磁敏感度）：被测设备为被干扰对象，通过测试仪器对其施加干扰，测试其抗干扰能力。

从干扰路径区分，又可分为传导测试与辐射测试两类。

综合起来测试项目可分为四种测试模式：CE-传导发射测试，CS-传导敏感度测试；RE-辐射发射测试，RS-辐射敏感度测试。

可靠性设计要求适用范围本标准规定了可靠性设计的一般要求和详细要求。

本标准适用于公司所有产品的可靠性设计工作。

引用标准IEC60300-2-1992 可靠性管理第2部分可靠性程序元素和任务GB6993-86 系统和设备研制生产中的可靠性程序GJB 450－88 装备研制与生产的可靠性通用大纲GJB 451－90 可靠性维修性术语GJB 437-- 88 军用软件开发规范GB 4943-1995 信息技术设备（包括电气事务设备）的安全名词术语可靠性reliability产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

可信性dependability产品在任一时刻完成规定功能的能力。

它是一个集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、保障性。

在不引起混淆和不需要区别的条件下，与可靠性等同使用。

测试性testability产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部的一种设计特性。

维修性maintainability产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。

可靠性要求（目标）产品可靠性的高低是由一系列指标来描述的，包括MTBF值、环境应力范围、EMC应力范围等等。

这一系列指标就是对产品的可靠性要求或产品的可靠性目标。

可靠性（设计）方案为实现产品可靠性目标而制定的技术路径和方法。

可靠性（设计）报告为实现产品可靠性目标而实施的技术路径和方法。

可靠性设计从制定可靠性目标到提供可靠性（设计）报告的全过程。

工作项目组成可靠性设计的相对独立的工作内容和过程。

可靠性设计评审由不直接参加设计的专家对可靠性设计进行论证和确认的过程。

一般要求可靠性设计是产品设计的一部分，应与产品设计同时进行。

可靠性部负责可靠性设计标准的制定，可靠性设计的技术支持，参加重要产品可靠性设计的评审。

各事业部设可靠性负责人，负责本事业部可靠性工作。

各产品设可靠性工程师，负责本产品的可靠性设计、试验和改进。