姚振东
微测科技（杭州）有限公司 浙江杭州 31000
摘要：集成电路（IC）是电子设备EMC问题中的关键要素，它们既是干扰源又是被干扰的对象。尽管半导体器件不受欧洲EMC指令或FCC?15等EMC法规约束，但集成电路终端用户将电子设备级的EMC限制延伸到芯片级，迫使集成电路研发人员在芯片设计之初就必须考虑电磁兼容问题。同时，随着集成电路的快速发展，MOS器件尺寸的不断缩小，同一电路或封装内异构功能的集成度以及数据交换速率得到不断提高。这些技术进步使集成电路可靠性面临巨大挑战，也促进了集成电路电磁兼容技术的快速发展。40多年来，研究人员和工程师们致力于提高集成电路的电磁兼容性能，不断在测量方法、预测寿命和设计技术等领域展开研究，旨在促进低辐射和高抗扰集成电路的发展。
关键词：电磁兼容技术，EMC设计原理，性能测量
引言
现代化通信系统中的电子设备量众多，大功率、宽频谱的电子元器件在中的大量应用与装备致使狭窄空间内充斥着电磁干扰（EMI）信号，使上的电磁环境极具复杂性，加之海洋环境恶劣以及共址干扰、宽带骚扰和编队间相互干扰的作用，严重影响通信系统正常工作，甚至造成设备故障或系统失灵。为此，探究综合通信系统电磁干扰与抗干扰措施，实现全舰电磁兼容（EMC），对于确保电子设备正常工作并提高综合作战效能具有极其重要的现实意义。
1电磁兼容性
由此来讲，形成电磁兼容性的条件有两方面内容：（1）设备运转过程中所产生的电磁干扰必须控制在一定范围内；（2）处于电磁干扰的环境中，设备本身具有一定的抗干扰能力，这种能力也被称之为电磁敏感性。基于电磁兼容较广的应用范围，电磁兼容有着较为宽泛的研究对象，主要包含了，以电线电晕噪音、电气机车噪音、汽车噪音、城市噪音等为代表的人为噪音；以石油、铁路、通信、公路、输电线相关金属管线为代表的各种增设在公共环境下的公用设备之间的相关影响。以铁塔、输电线、高层建筑等为代表的大型建筑物反射问题。以强电线等工频场，以及微、中、短波电磁辐射影响为代表的，电磁环境对周围生物、人类所产生的作用。为防止电子设备误动作，而采取的设备抗电磁干扰能力等。要知道电磁干扰无论是对周围设备的正常运转还是人体、生物等都会产生不同程度的危害。对于人体、生物的影响，则主要分为非热效应、热效应两种，其中非热效应主要包括影响心血管系统、中枢神经系统、生殖系统、血液免疫系统、胚胎发育系统等在器官级、个体级、细胞级方面出现异常；热效应则主要使随着射频入射功率密度的增加，出现血液流速加快、血液蛋白质变性、血液酶活性降低、分布较少血液的部位出现局部性高体温、人体温度自调能力降低、心率异常、局部组织受损，更甚者会直接造成人体、生物的死亡。因此，我们必须加大对电磁兼容性的重视，通过不断提高设备电磁兼容性要求，来将设备运转所产生电磁干扰控制在标准范围内，保障周围环境的安全性。
2电磁干扰（EMI）的危害
EMI危害具有隐蔽性，问题出现之前往往不容易被察觉，一旦出现问题可能造成严重的后果乃至医疗事故。EMI降低或影响医疗设备正常的性能和功能、造成医疗设备软硬件故障或死机，误导医生诊断，干扰进行中的手术治疗，进而威胁患者的生命安全。常见的有：①导致误诊、漏诊、增加手术困难，如影像设备的图像失真（几何变形、分辨率下降、对比度丢失、噪声增加）；②导致设备误动作，如监护仪指标显示错误导致治疗延误；③增大医疗事故可能性，如心脏起搏器停博、呼吸机死机；④
3电磁兼容设计原理
3.1建立干扰矩阵
将飞机上具有发射功能的设备列为一列，飞机上的接收设备列为一行，组成一个干扰矩阵。如果新加装的通信系统具有发射功能，应首先将新加装系统列为干扰源，将飞机上原有通导设备中的接收设备列为被干扰设备，逐一进行分析。再将新加装的通信系统列为被干扰设备，将飞机上原有的发射设备列为干扰源，逐一进行分析。
3.2在用医疗设备EMC的合格率待榷
为掌握在用医疗器械产品质量状况，北京市针对在用医疗设备电磁兼容性开展了传导发射、辐射发射项目的监督抽验；成都市开展了传导发射、辐射发射、浪涌抗扰度等项目的评价性抽验，抽验结果不合格率高达60%以上。在用医疗设备检验，特别是电磁兼容检验，在全世界都是一个新的课题。2017年国务院印发《“十三五”国家食品安全规划和“十三五”国家药品安全规划》（国发[2017]12号），明确提出要“开展在用医疗器械现场检验方法、检验平台及装备研究”。
3.3屏蔽
屏蔽操作从原理上来讲较容易理解，是通过在两个空间区域之间增设金属隔离设备的方式，来达到对周围电磁波、磁场、电场进行有效控制的目的，降低设备运行对周围区域的电磁干扰、辐射影响。这主要是由于金属屏蔽体对来自系统、电路、元器件、电缆、导线等周围环境中所产生的干扰性电磁波具有一定的反射能力、吸收能力，抵消能力，因此具有显著降低电磁干扰优势特点。具体操作主要是，将电缆、电路、元部件、组合件的电磁干扰源部分以金属屏蔽体进行外部包裹，防止电磁场向周围外部环境扩散；将系统、设备、接收电路用金属屏蔽体进行包裹覆盖，降低周围电磁环境对其所产生的干扰，保障设备正常运转。
3.4频率分析
分析新加装通信系统与飞机上原有收发设备之间是否存在频率间隔较大情况。一般来说，若频率间隔超过频率较低设备工作频率的10倍频程，则认为两者不存在兼容问题；若频率间隔未超过频率较低设备工作频率的10倍频程，则进行能量维度分析。
4改善电磁干扰的合理化建议
在通信系统设计中应对电磁干扰的要素进行综合分析与研究，根据实际情况采用针对性的抗干扰措施，从而达到有效抑制电磁干扰，实现全舰电磁兼容的目的。一是舰船收发天线布置和设计时建议增加大功率天线间的空间间隔，分开布设接收天线与发射天线，分置装设通信天线和雷达天线，同时合理采用天线长度差异化布置方式，或者最大限度采用复合天线，缩减天线使用数量，可以防止天线间的耦合干扰，实现天线谐振频率的差异化效果；针对通信系统共址干扰问题，共址干扰对消技术(CIC)是解决该问题的有效途径。二是不同频段的天线可增设带通滤波器，且天线布置时与金属器件保持一定距离，防止天线与金属间形成耦合干扰；设备电源输入端配置滤波器，能够最大限度减少不同设备间经电源线传导而产生的电磁干扰。三是根据国家电缆敷设标准，结合电缆工作频率和传输能量敷设和设计电缆，为确保电缆工作性能还需要对其定期检测；提高建造工艺，确保电子设备具有良好的抗噪声性能，并对舰船通信系统电磁兼容进行统一分析，合理分配电磁频率，能够有效减少电子设备间的电磁干扰；四是电磁兼容接地措施是抑制电磁干扰的有效方法，通过对感应电荷的流放，使参考电位配置在通信系统中，实现电磁干扰的抑制，为防止接地不良导致电磁干扰，要定期测试接地电阻。譬如去耦电容和旁路电容的使用、合理布局元器件、PCB设计时最好采用多层板、PCB布线时禁止采用直角布线等均可有效避免通信系统电磁干扰。
结束语
我们在加大对电子设备应用范围、应用频率的同时，也必须注重电子设备所产生电磁辐射对周围环境的影响，保障设备应用的安全性。将设备生产设计与设备电磁兼容性设计、电磁环境污染治理放在同等重要的位置去对待。在提高电子设备电磁安全性的同时，促进电子设备实现更好的应用于发展。
参考文献
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