信息技术设备的抗扰度

-1-信息技术设备的抗扰度傅诺毅随着人民生活水平的提高和科学技术的进步，越来越多的电子产品进入社会生活的各个角落。电子设备的急剧增加，使得电磁环境日趋恶化，产生了新型的环境污染――电磁污染。因此，国际电工委员会规定了各种电子设备的最大发射电平限值，但另外一方面，电子设备也必须具备一定的抗干扰能力，这就是所谓的电磁兼容问题。简而言之，电磁兼容通常包括两个方面：电磁骚扰和抗干扰。电磁骚扰是指设备发出的骚扰信号引起其它设备性能的下降；抗干扰是指设备耐受外来干扰的能力。对于电子设备来说，电磁骚扰和抗干扰是相互依存的。如果某种设备的电磁骚扰指标很好，全部低于发射限值，但是它的抗干扰能力却很差，那么它跟别的设备一起使用时，仍然有可能产生电磁兼容问题。下面我们用图1形象地画出电磁兼容的几个重要的电平之间的关系。以微型电子计算机为代表的信息技术设备越来越普及，它们的电磁兼容问题也越来越为人们所关注。例如：当我们使用计算机的同时用手机通话，经常发现显示器画面发生抖动，这是手机的射频电磁场引起的；雷雨过后，我们也许会听说朋友家里的调制解调器坏了，不能上网，这是雷击通过电话线串到调制解调器上引起的。诸如此类现象越来越多，用户和厂家也越来越关心设备的抗扰度性能。但在整体上，抗干扰并没有象电磁骚扰那样引起广泛的重视，为此，本文将简要介绍信息技术设备的抗扰度要求。由于骚扰源的不同，信息技术设备的抗扰度试验可以分成几类，下文将对上述试验的要求进行逐项介绍。1、静电放电试验(ESD)独立变量(例如：频率)抗扰度电平抗扰度限值设备设计裕量发射限值发射电平骚扰电平图1发射设备与敏感设备的限值与电平对独立变量（例如：频率）之间的关系兼容性裕量-2-当一个带有静电荷的物体和另一个接地导体接触时，电荷会从前者流向后者，形成一个脉冲尖峰，这就是静电放电现象。虽然这样的脉冲电流对人体并无多大的损害，但对于电子设备来说，由于在极短的时间内要流过极大的尖峰电流，没有保护措施的电路将很难承受它的打击，轻则造成设备误动作，重则可以损坏设备。通常采用静电发生器来模拟带静电的物体，向被测设备放电。静电放电一般有两种方式：空气放电和接触放电。要减少或抑制静电放电所带来的不良影响，应注意金属壳体、电缆系统、PCB的设计，阻断静电放电的传导或辐射的耦合路径；或者考虑为放电电流提供替换通道，如使用滤波器，使其旁路；对于信息技术设备来说，还可以通过软件的方法增强其抗扰度能力。2、射频电磁场辐射试验(RS)电磁辐射可能来自有意产生的电磁辐射源，如无线电广播电视台等；也可能来自无意产生的寄生发射，如电焊机、荧光灯、感性负载的开关操作。电磁辐射对大多数的电子设备都会产生一定的影响，轻则设备性能暂时下降，重则可以造成永久损坏。本项试验模拟这种有意或无意的电磁辐射对信息技术设备的干扰，以考察设备的耐辐射能力。要增强电子设备的辐射抗扰度能力，可以采用屏蔽、接地或滤波等各种措施来抑制各种无用信号的干扰；或者在PCB走线时，使其包围的面积尽可能小。3、电快速瞬变脉冲群试验(EFT/B)在电源干扰所引起的故障中，有近80%是由于电源线中的振荡瞬变和突发脉冲群引起的。脉冲群是在突然接上或断开电感或感性负载时所产生的一群群快速脉冲尖峰。这些脉冲尖峰通过电源线传播到整个电路中，造成其他部分工作异常。突发脉冲群的特点是上升时间短(5ns)，重复频率高(10kHz～1mHz)和能量低(4mJ/pulse)。在进行试验时，脉冲发生器将电快速脉冲群作为骚扰信号加到电源线中。在一些特殊的场合，还要用耦合钳将它们注入信号线或电源线。从电源端馈送进的电快速瞬变脉冲群骚扰信号，可以考虑加装一个EFT滤波器，使其旁路；从信号端馈送进的电快速瞬变脉冲群骚扰信号，可以考虑加装一个EFT馈通滤波器，使其旁路。或考虑减小PCB地线的公共阻抗值；或使骚扰信号远离敏感电路。4、浪涌试验(SURGE)电网遭雷击或大功率负载脱离时，电路可能会出现高能脉冲。这样的高能脉冲就被形象地称为浪涌脉冲。浪涌脉冲的波前时间一般只有几个微秒，半峰值时间从几十个微秒到几百个微秒，幅度为几百伏到几万伏，或几百安到几万安，是一种能量较大的骚扰。像这样大功率的干扰脉冲通过没有保护的电子设备时，就会对电路造成很大威胁，使设备不能继续稳定工作，甚至造成设备永久损坏。试验时，由浪涌发生器将浪涌信号通过电源线或其它互连线注入被测设备。对于浪涌信号，可以考虑在相关的电路上加装瞬变吸收器，如避雷管、压敏电阻等等，加以吸收。5、射频连续波传导骚扰试验(CS)空间电磁场(主要来自有意的发射)可以在敏感设备的各种连接线上产生感应电流(或电压)，作用于该设-3-备的敏感部分，可能造成损害。有时也可能由各种骚扰源通过连接到设备上的电缆，直接对设备产生骚扰。本项试验就是模拟这种实际中的骚扰现象，通过一些耦合网络向被测设备注入骚扰信号。对于这种骚扰现象，可以加装滤波器，以吸收传导骚扰信号。6、工频磁场试验(PFMF)流过电源线的大电流所产生的强磁场会对电子设备产生影响。对那些带有磁敏元件的设备，如霍尔变送器、CRT等，会造成很大的影响。这样的磁场变化频率与电源频率相同，故称工频磁场。本项试验就是模拟工频磁场带来的影响。如果该项试验不合格，可以采用抑制辐射抗扰度相似的方法。7、电压暂降和短时中断试验(PQF)电子设备工作时,经常会遇到电源电压突然跌落(暂降)、暂时中断或缓慢变化的情况。电源电压暂降和短时中断常常是由于电网发生故障，负载发生较大变化引起的。而电压变化则是由于负载连续微小变化而产生的。本项试验就是模拟这种电压异常情况对被测设备的影响。信息技术设备使用的开关电源一般是宽电压的，因而该项试验一般不会有问题。为方便归类研究，我们可以把信息技术设备看作一个黑箱，不管它的内部结构和性能，仅仅考察它跟外界电磁环境的接口，可以发现它主要有以下几类接口：机箱端口、直流电源端口、交流电源端口、信号端口、电信端口、接地端口等。电磁骚扰通过这些端口以辐射或传导的方式侵害设备。不同的端口，必须针对其不同的特点，进行相应的抗扰度试验。不同端口的抗扰度要求详见表1～4。表１机箱端口抗扰度环境现象抗扰度限值试验方法说明性能判据工频磁场50或60Hz1A/m(r.m.s)见GB/T17626.8（1)A射频电磁场≤(80～1000)mHz3v/m(r.m.s，未调制)80%AM(1kHz)见G/BT17626.3调制前的试验电平（2)，（3)A静电放电4kv(接触放电)见GB/T17626.2B8kv(空气放电)（1)仅适用于包含有对磁场敏感装置(例如CRT监视器、霍尔器件、电动麦克风、磁场传感器等等)的设备。（2)在频率范围内按规定进行扫描。然而，当标准另有规定时，还应在有限频率点增加综合性试验。选择的频率点：80,120,160,230,434,460,600,863和900MHz(±1%)。（3)起始试验频率可从低于80MHz开始，但不低于26MHz。-4-表２信号端口和电信端口抗扰度环境现象抗扰度限值试验方法说明性能判据射频连续波传导0.15～80mHz3V(r.m.s，未调制)80%AM(1kHz)见GB/T17626.6（1)，（3)和（4)A浪涌(冲击)1.5kv(峰值)4kv(峰值)10/700μsITU-TReck系列（2)和（5)ITU-TReck系列电快速瞬变0.5kv(峰值)5/50ns5kHz(重复频率)见GB/T17626.4（3)B（1)在频率范围内按规定方式扫描，然而，当标准另有规定时，还应选择有限频率点增加综合性功能试验。对传导试验选择的频率点为：0.2，1，7.1，13.56，21，27.12和40.68MHz(±1%)。（2)仅适用于根据制造厂规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。（3)仅适用于根据制造厂规范规定的、保障通信的超过3m长的电缆。（4)如果辐射发射试验已进行到较低频率，则此试验的频率范围仅进行到该较低频率。（5)如果端口预期将设置第一级保护，则装好第一级保护后施加4kV浪涌电压，否则，对无保护的端口施加1.5kV的试验电压。表３电源输入端口抗扰度环境现象抗扰度限值试验方法说明性能判据射频连续波传导0.15～80mHz3v(r.m.s，未调制)80%AM(1kHz)见GB/T17626.6（1)，（3)A浪涌(冲击)1.20.5kV见GB/T17626.5在线到地之间试验（2)B电快速瞬变0.5kv(峰值)5/50ns5kHz(重复频率)见GB/T17626.4B1)在频率范围内按规定方式扫描，然而，当标准另有规定时，还应选择有限频率点增加综合性功能试验。对传导试验选择的频率点为：0.2，1，7.1，13.56，21，27.12和40.68MHz(±1%)。2)仅适用于根据制造厂规范可能直接与室外电缆连接的那些端口。3)如果辐射发射试验已进行到较低频率，则此试验的频率范围仅进行到该较低频率。注：不包括连同a.c./d.c.电源转换器一起销售的设备如果d.c.电源馈线包括在信号电缆内，则该d.c.电源端口应满足表2的抗扰度要求-5-表4电源输入端口抗扰度环境现象抗扰度限值试验方法说明性能判据射频连续波传导0.15～80mHz3v（r.m.s，未调制）80%AM（1kHz）见GB/T17626.6（1），（3）A电压暂降95%减小0.5周期见GB/T17626.11（2）B30%减小25周期C电压短时中断95%减小250周期见GB/T17626.11（2）C浪涌（冲击）1.2/50(8/20)μs1kv(峰值)，线-线2kv(峰值)，线-线见GB/T17626.5（4)B电快速瞬变1.0kv(峰值)5/50ns5kHz(重复频率)见GB/T17626.4B1)在频率范围内按规定进行扫描。然而，当标准另有规定时，还应选择有限频率点进行增加的综合性功能试验。传导试验选择频率为：0.2,1,7.1,13.56,21,27.12和40.68MHz(±1%)。2)在电压波形0°交叉点发生变化。3)如果辐射试验已在较低频率完成，则该项试验的频率范围仅进行到该频率。4)当制造厂规定了保护措施，但在试验期间摸拟这些措施不可实现时，则施加的试验电压应分别降到0.5kV和1kV。注：包括连同独立a.c./d.c.电源转换器一起销售的设备表1～表4中的性能判据说明如下:(1)性能判据A在试验过程中，无需操作人员介入，设备应能持续按预期工作。当按预期使用设备时，不允许出现低于制造厂规定的性能等级的降级或功能损失。可以用允许的性能降低来代替性能等级。(2)性能判据B在试验之后，不允许出现低于制造厂规定的性能等级的降级或功能损失。可以用允许的性能降低来代替性能等级。在试验期间，性能降级是允许的。然而在试验之后，工作状态不应改变或储存的数据不丢失。(3)性能判据C允许出现可自行恢复或能由使用者根据制造厂说明操作之后使其恢复的功能损失。存储在非易失性存储器内的或由备用电池保护的功能和(或)信息不应丢失。为更好地理解上述性能判据，试举例说明。假定EUT为一台PC，在对其进行2000v静电放电(ESD)试验-6-后，该EUT仍能无性能降级正常工作，这种情况符合性能判据A；在对EUT进行2000VESD试验后，死机，但根据制造厂规定可能过“复位”使其恢复正常工作，此种情况符合性能判据B；在对EUT进行2000VESD试验后，死机，即使按“复位”键也不能使其恢复正常工作，须重新开关才能使其恢复正常工作，这种情况符合性能判据C。当进行上述抗扰度试验时，被测设备应模拟典型的正常工作状态，主要功能都要运行，并选择最严酷的运行方式，然后对之施加以某种骚扰信号，依据性能判据，观察其能否正常工作，以判定该设备是否合格。通过上面的介绍，我们了解到抗扰度性能的高低更直接地影响到设备自身的使用。电磁骚扰和抗干扰是一枚硬币的两面，二者不可偏废，我们只有把两者放在一起，进行整体考虑，才能彻底解决电磁兼容问题。（作者单位：厦门市产品质量检验所）