電磁干擾對結(jié)構(gòu)化布線的影響

如今，企業(yè)高度依賴于計算機網(wǎng)絡(luò)，事實上，如果沒有高科技電子設(shè)備，它們幾乎無法有效運轉(zhuǎn)。一旦投資購置，這些電子設(shè)備的可靠運行就變得至關(guān)重要。系統(tǒng)故障不但會造成業(yè)務(wù)機會喪失或生產(chǎn)效率降低等嚴重后果，而且會使用戶對系統(tǒng)的信心快速下滑。結(jié)果，用戶要么設(shè)法避開網(wǎng)絡(luò)，因而無法獲得全部商業(yè)優(yōu)勢，或者，將該系統(tǒng)更換為更可靠性的產(chǎn)品，并由此導致額外的成本。

對電磁兼容性(EMC)的關(guān)注以及制定相應(yīng)標準的動力源自個人計算機、局域網(wǎng)等電子設(shè)備的快速增長，源自這些設(shè)備持續(xù)增加的數(shù)據(jù)速率。更重要的是，便攜式電子設(shè)備的使用也出現(xiàn)爆發(fā)式增長，給通信環(huán)境帶來難以預料的風險。

現(xiàn)代電子系統(tǒng)多以計算機或微處理器為基礎(chǔ)，通常會對系統(tǒng)中的高頻信號產(chǎn)生有害影響，這些影響來源于另一系統(tǒng)接口電纜中的傳導電流或者電磁場導致的電磁感應(yīng)。另外，采用數(shù)字電子設(shè)備的系統(tǒng)含有電流和電壓高速交換電路，會導致較高的高頻電磁輻射。

本文以電磁兼容性(EMC)為主題，旨在增進對電磁兼容性(EMC)及相關(guān)標準的了解，并在此基礎(chǔ)上探討電磁兼容性(EMC)對布線系統(tǒng)的影響。

電磁效應(yīng)

電磁效應(yīng)可分為兩大類。第一類指電子設(shè)備因電磁感應(yīng)電壓和電流而發(fā)生故障或損壞,或?qū)Υ祟惞收匣蛴绊懙拿庖吣芰?。第二類與不必要的電磁噪聲的放射問題相關(guān)。

現(xiàn)今，電子設(shè)備的應(yīng)用已達到前所未有的程度，系統(tǒng)的可靠性及抗故障能力可能對安全、生產(chǎn)效率、可靠性等造成顯著影響。

除設(shè)備或系統(tǒng)的電磁輻射敏感性以外，另一重點在于，不得產(chǎn)生顯著超過正常信號水平的電磁放射，無論是傳導信號還是輻射信號均須如此。目前，許多國家通過嚴厲的法律手段對其進行控制

什么是電磁干擾?

電磁干擾(EMI)的含義非常廣泛，它是造成電子系統(tǒng)暫時或永久故障的原因，其根源既可能是相關(guān)系統(tǒng)所處的自然環(huán)境或人為電磁環(huán)境，也可能是通過接口電纜從其他設(shè)備饋入的意外感應(yīng)電流和電壓。

流經(jīng)電子系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的高頻電流也可能導致電磁干擾。如果系統(tǒng)設(shè)計上可承受操作環(huán)境中的電磁威脅，且不放射超過規(guī)定水平的電磁輻射，則該系統(tǒng)設(shè)計符合電磁兼容性標準。

若要保護每件設(shè)備，使其免受任何電磁干擾的威脅，其成本將非常高昂。弄清所需防護水平，評估設(shè)備的操作電磁環(huán)境，這是設(shè)計的第一步。

放射

時變電荷分布和電流會產(chǎn)生電磁波。所有電氣和電子設(shè)備及系統(tǒng)都含有支持時變電流和電壓的導線，因而或多或少都會產(chǎn)生一定的電磁輻射，具體取決于以下因素：

• 時變電壓和電流的大小

• 導線的長度

• 電壓和電流的變化速率

• 系統(tǒng)中導線相互之間及其相對于接地基準點的幾何布局。

需要注意的是，由于切換操作中電流和電壓快速發(fā)生變化，所以，即使是直流(DC)系統(tǒng)和甚低頻系統(tǒng)也可能產(chǎn)生顯著的電磁輻射。這可能造成一種短暫的干擾源。

敏感性

為了弄清使現(xiàn)代電子設(shè)備敏感性不斷增加的原因，我們必須首先考慮小型化技術(shù)取得的巨大進步。得益于此類進步，執(zhí)行同樣復雜的任務(wù)所需要的功率降低了;這就意味著，用來在設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備之間發(fā)射信號的電壓和電流也大幅降低了。不幸的是，結(jié)果相對增強了干擾信號的顯著性。除了降低功率水平以外，小型化還拉近了設(shè)備各區(qū)域之間的距離，因而加大了干擾幾率。

造成系統(tǒng)敏感性增加的另一因素是電路帶寬的增加，這是更快處理速度需求造成的結(jié)果。如前所述，這不但會產(chǎn)生無用的電磁(EM)放射，同時還會使系統(tǒng)對更為廣泛的頻率作出無用反應(yīng)。

電磁場中的磁性元件與電子系統(tǒng)中的環(huán)路結(jié)合后會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此外，與電場元件對齊的導線或者電場元件中的正常導線，如達到一定長度，將會產(chǎn)生感應(yīng)電流。對于操作信號水平達幾伏特且/或操作電流達幾微安培的系統(tǒng)，若不采取預防措施，則極易受到電磁場的干擾。用于避免敏感性問題的諸多措施同時也能降低電磁放射。

電磁干擾問題的解決辦法

如前所述，對電磁干擾問題的全方位解決方案取決于設(shè)備以及需要遵循的抗擾度規(guī)范的性質(zhì)。

設(shè)計的各個方面均須納入考慮范圍，從電路板到連接器，從機柜到電源和接口電纜。

以下即是有助于增強系統(tǒng)整體性能的所有設(shè)計因素，有源電子器件和布線系統(tǒng)均是如此：

• 印刷電路板設(shè)計

• 機柜設(shè)計

• 連接器技術(shù)

• 電源和接口電纜

本文討論的是接口電纜的設(shè)計。

電磁兼容性標準

以下為四類電磁兼容性標準：

• 基本標準

• 通用標準

• 產(chǎn)品系列標準

• 產(chǎn)品標準

通用標準、產(chǎn)品系列標準和產(chǎn)品標準在測試方法方面須參考基本標準。以下是與局域網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備的測試及合規(guī)性相關(guān)標準：

放射標準

• IEC CISPR 22或EN 55022 - 關(guān)于信息技術(shù)設(shè)備射頻干擾特性的限制和測量方法

• IEC/EN 61000-6-3 - 通用放射標準第一部分：住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境

• IEC/EN 61000-6-4 - 通用放射標準第二部分：工業(yè)環(huán)境

抗擾度標準

• IEC CISPR 24或EN 55024 - 產(chǎn)品標準：信息技術(shù)設(shè)備抗擾度

• IEC/EN 61000-6-1 - 通用抗擾度標準第一部分：住宅、商業(yè)和輕工業(yè)環(huán)境

• IEC/EN 61000-6-2 - 通用抗擾度標準第二部分：工業(yè)環(huán)境

• IEC 61000-4 - 基本電磁兼容性標準系列

第二部分：靜電放電(ESD)抗擾度測試

第三部分：輻射場抗擾度測試

第四部分：電快速瞬變脈沖群(EFT)/猝發(fā)抗擾度測試

第五部分：電涌抗擾度測試

第六部分：導電場抗擾度測試

第八部分：電頻磁場抗擾度測試

最常見的局域網(wǎng)硬件和結(jié)構(gòu)化布線放射及抗擾度標準分別為EN 55022 (IEC CISPR 22)和EN 55024 (IEC CISPR 24)。EN 55022對A類和B類環(huán)境中的輻射放射和傳導放射要求作了規(guī)定。“A類”對應(yīng)于商業(yè)環(huán)境;“B類”則為住宅環(huán)境。