一文解析電磁干擾EMC相關(guān)知識(shí)

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EMC 定義：在同一電磁環(huán)境中，設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正常工作，同時(shí)也不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。

電磁干擾EMC，主要包含兩個(gè)項(xiàng)目：

EMI (Electromagnetic ?Interference)：電 磁 干 擾， 主 要 包 括 輻 射

發(fā) 射、 傳 導(dǎo) 發(fā) 射。EMS (Electromagnetic Susceptibility)：電磁抗擾度，主要包括輻射抗擾、傳導(dǎo)抗擾。

EMC三要素如圖 ，缺少任何一個(gè)都構(gòu)不成 EMC問(wèn)題。

般醫(yī)療電子產(chǎn)品中常見(jiàn)的干擾源有晶振電路、高速數(shù)字芯片、開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管等。

一、干擾源的處理是解決ＥＭＩ問(wèn)題的根本，它能夠從源頭解決產(chǎn)品的電磁發(fā)射超標(biāo)問(wèn)題。但有時(shí)例如高速數(shù)字忘片引腳上產(chǎn)生的脈沖信號(hào)雖然可通過(guò)濾波處理來(lái)降低脈沖上升沿，從而能從一定程度上降低產(chǎn)品的福射發(fā)射，但是輸出脈沖是有用信號(hào)并不能絕對(duì)消除。鑒于此還可Ｗ通過(guò)降低產(chǎn)品中寄生天線的轄射效率，如高頻信號(hào)線的走線要盡可能短并且環(huán)路面積盡量小來(lái)降低共模和差模輻射。

二、幫合路徑主要是指從空間中對(duì)外福射的電磁能量或者是導(dǎo)線中傳輸?shù)尿}擾電壓或電流?？刂瓶I合路徑可Ｗ通過(guò)電磁屏蔽技術(shù)或設(shè)計(jì)濾波電路等來(lái)防止發(fā)生賴合。

三、收器是指容易被干擾產(chǎn)品。如果產(chǎn)品在正常工作時(shí)容易受到外界電磁騷擾的影響，至于無(wú)法正常工作，則產(chǎn)品在進(jìn)行ＥＭＳ各項(xiàng)測(cè)試時(shí)常常無(wú)法順利通過(guò)。因此，只有為其設(shè)計(jì)合理的抗干擾電路才能增強(qiáng)其抗干擾能力。

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試項(xiàng)目中的ＥＭＳ測(cè)試主要有靜電放電、電快速瞬變脈沖群、電壓跌落、暫降與短時(shí)中斷、雷擊浪涌、王頻磁場(chǎng)抗擾度Ｗ及射頻電磁場(chǎng)抗擾度和射頻電磁場(chǎng)引起的傳導(dǎo)抗擾度，而ＥＭＩ測(cè)試有ＣＥ、ＲＥ、諧波電流和電壓波動(dòng)閃爍。

醫(yī)療電子產(chǎn)品規(guī)定了11個(gè)EMC測(cè)試項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的抗干擾能力和電磁發(fā)射都做了明確且嚴(yán)格的要求。

在這１１項(xiàng)測(cè)試中與電源系統(tǒng)關(guān)系密切測(cè)試項(xiàng)目主要有ＥＦＴ，雷擊浪涌，電壓跌落、暫降與短時(shí)中斷，ＣＳ，諧波電流，電壓波動(dòng)與閃爍，ＣＥＷ及容易被人們所忽略的ＲＥ問(wèn)題。在對(duì)多款產(chǎn)品的測(cè)試和整改后總結(jié)得出，在這１１項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目中常容易出現(xiàn)問(wèn)題的項(xiàng)目有ＥＦＴ、靜電放電、雷擊浪涌、ＣＥ(CE：傳導(dǎo)干擾CE（conductionemission）（150kHz～108MHz)和ＲＥ(輻射發(fā)射(RE)（100k～2.7G)RadiatedEmission)等。其中整改難度最大的當(dāng)屬ＲＥ超標(biāo)問(wèn)題。以下僅供參考：

ＹＹ０５０５－２０１２標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充說(shuō)明：

（１）一般設(shè)各或系統(tǒng)僅為其內(nèi)部功能而使巧射頻能量，因而對(duì)外的射頻發(fā)射能量較低，對(duì)周圍其他電子產(chǎn)品的干擾也有限。而有些設(shè)備為了完成其預(yù)期設(shè)計(jì)的功能而必須對(duì)外發(fā)射電磁能量，因而可能對(duì)周圍電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，這類設(shè)各一般在巧蔽室中使用，故在ＲＥ和ＣＥ測(cè)試時(shí)無(wú)需進(jìn)行功率輸出。

（２）醫(yī)用電氣設(shè)備可分為生命支持和非生命支持產(chǎn)品，兩者在ＥＭＳ試驗(yàn)中有不同的區(qū)別。如在由射頻感應(yīng)場(chǎng)所引起的傳導(dǎo)干擾中，對(duì)于非生命支持產(chǎn)品要求的試驗(yàn)電平為３Ｖｍｓ。而對(duì)生命支持產(chǎn)品要求要高出很多，試驗(yàn)電平達(dá)到ｌＯＶｍｓ。也就是說(shuō)對(duì)生命支持的產(chǎn)品要求有更高的抗干擾能力。

（３）標(biāo)準(zhǔn)中與設(shè)備電源線測(cè)試關(guān)系密切的項(xiàng)目有８項(xiàng)，具體如下圖１．３所示。其中浪涌、ＥＦＴ、ＣＥ和電壓跌落、暫降與短時(shí)中斷四項(xiàng)測(cè)試是外界騷擾通過(guò)電源系統(tǒng)影響產(chǎn)品內(nèi)部電路的。而諧波電流、電壓波動(dòng)Ｌ義及傳導(dǎo)和部分的福射騷擾是產(chǎn)品內(nèi)部電路產(chǎn)生并借助電源系統(tǒng)影響電網(wǎng)電能質(zhì)量或向空間發(fā)射電磁波能量影響自身和周圍設(shè)備的運(yùn)行。

ＥＭＩ問(wèn)題的研究工作主要有三個(gè)方向，分別是賴射噪聲源的定位、福射強(qiáng)度的預(yù)估及福射噪聲的抑制。其中福射噪聲源的定位主要是指源的位置、特征和機(jī)理等的判定，它是解決福射問(wèn)題的基礎(chǔ)。

醫(yī)療設(shè)備行業(yè)ＥＭＣ標(biāo)準(zhǔn)ＹＹ０５０５－２０１２

電源測(cè)試:

? ? ?最容易產(chǎn)生噪聲的模塊是ＤＣ／ＤＣ變換部分。無(wú)論產(chǎn)品是使用線性電源還是開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行供電，如果電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中忽略ＥＭＣ問(wèn)題將很容造成產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)測(cè)試。同時(shí)，當(dāng)外界干擾通過(guò)電源線進(jìn)入設(shè)備時(shí)，如果沒(méi)有采取有效地抑制措施，很容易使得設(shè)備中敏感器件受到干擾而無(wú)法正常工作。此外，系統(tǒng)中有高速芯片在工作時(shí)，如果供電系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定或者電源部分的去縄設(shè)計(jì)不完善容易造成嚴(yán)重的箱射ＥＭＩ問(wèn)題。

一、輻射發(fā)射測(cè)試與診斷方法

ＲＥ測(cè)試環(huán)境通常分為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境和非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境。

????? 其中標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境主要指開(kāi)闊場(chǎng)測(cè)試和電波暗室測(cè)試。一般開(kāi)闊場(chǎng)測(cè)試對(duì)周圍環(huán)境要求較高，故不容易滿足而很少采用。所以目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境就是電波暗室。暗室按尺寸可Ｗ分為３ｍ、５ｍ和１０ｍ。事實(shí)上暗室的測(cè)試環(huán)境也是對(duì)開(kāi)闊場(chǎng)測(cè)試環(huán)境的一種模擬，按模擬測(cè)試場(chǎng)地不同可分為全波暗室和半波暗室。

? ? ? 其中半波暗室是模擬在地面使用的設(shè)備的環(huán)境，而全波暗室則是模擬在自由空間中使用的設(shè)備的環(huán)境。

????? 由于電波暗室是標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試環(huán)境，其突出的優(yōu)點(diǎn)無(wú)疑是測(cè)量精度高，能夠最真實(shí)的還原出產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)周圍空間產(chǎn)生的福射發(fā)射情況。但是當(dāng)測(cè)試產(chǎn)品較為復(fù)雜時(shí)就不容易診斷出福射噪聲源，而只能通過(guò)測(cè)試頻譜結(jié)果并結(jié)合工程師的經(jīng)驗(yàn)判斷可能產(chǎn)生問(wèn)題的原因。除此之外，標(biāo)準(zhǔn)暗室的建設(shè)成本較高，對(duì)于目前醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)是難以自己建造與維護(hù)的，這些企業(yè)常借助第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)來(lái)完成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。因而考慮到成本因素，電波暗室并不是一般企業(yè)常用的測(cè)試方法，故而可通過(guò)場(chǎng)探頭、頻譜儀構(gòu)成的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)以及示波器紋波測(cè)試等綜合的方法來(lái)診斷產(chǎn)品的福射超標(biāo)問(wèn)題。

輻射騷擾遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)

由于常規(guī)的醫(yī)療電子的體積都相對(duì)較小，在進(jìn)行福射騷擾摸底測(cè)試時(shí)借助３ｍ法電波暗室即可。在屏蔽室中主要有測(cè)試天線、錐形吸波材料、轉(zhuǎn)臺(tái)等。其中測(cè)試天線用于接收設(shè)備實(shí)際對(duì)空間中發(fā)射的及地面反射的電磁波能量的總和。而轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)在測(cè)試過(guò)程中自動(dòng)旋轉(zhuǎn)８?jìng)€(gè)角度，測(cè)試產(chǎn)品每個(gè)角度對(duì)外福射的電磁波能量。吸波材料主要是為了吸收屏蔽室四周墻壁和頂部的電磁波的入射能量，防止反射。

? ? ? 此外在屏蔽室外有一整套接收和顯示系統(tǒng)，主要有ＥＭＩ接收機(jī)如、主控的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、ＣＲＴ顯示器和轉(zhuǎn)臺(tái)控制器福射騷擾遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)由于常規(guī)的醫(yī)療電子的體積都相對(duì)較小，在進(jìn)行福射騷擾摸底測(cè)試時(shí)借助３ｍ法電波暗室即可。所示是標(biāo)準(zhǔn)的３ｍ法電波暗室。在屏蔽室中主要有測(cè)試天線、錐形吸波材料、轉(zhuǎn)臺(tái)等。其中測(cè)試天線用于接收設(shè)備實(shí)際對(duì)空間中發(fā)射的及地面反射的電磁波能量的總和。而轉(zhuǎn)臺(tái)會(huì)在測(cè)試過(guò)程中自動(dòng)旋轉(zhuǎn)８?jìng)€(gè)角度，測(cè)試產(chǎn)品每個(gè)角度對(duì)外福射的電磁波能量。吸波材料主要是為了吸收屏蔽室四周墻壁部的電磁波的入射能量，防止反射。

一般在測(cè)試完成后可Ｗ在電腦上使用專口的軟件顯示福射發(fā)射的頻譜圖。通過(guò)在頻譜上取點(diǎn)標(biāo)記可大致反映出８?jìng)€(gè)角度中福射發(fā)射較強(qiáng)的角度以及某個(gè)頻點(diǎn)在哪個(gè)角度上福射發(fā)射能量最強(qiáng)。在得到Ｗ上的測(cè)試結(jié)果后Ｉ我們可大致地分析出福射源可能的位置。如在設(shè)備安裝電源線的一側(cè)福射較強(qiáng)，則可以在電源線上夾套磁環(huán)來(lái)檢測(cè)是否由電源線上的共模電流產(chǎn)生的福射超標(biāo)問(wèn)題等。此外，根據(jù)頻譜中噪聲的特性（寬帶噪聲還是窄帶噪聲）能分析出可能的噪聲源。

編輯：黃飛

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