電磁兼容設計
電磁兼容設計【1】
【摘要】從電磁兼容的產(chǎn)生機制分析和總結了系統級及設備級的EMC問(wèn)題解決方式。
【關(guān)鍵詞】EMCEMIEMS電磁兼容設計PCB設計EMC認證
EMC(Electro Magnetic Compatibility)是涉及多種學(xué)科的綜合性科學(xué)，對電子行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)的目的在于使設備或系統在共同的電磁環(huán)境中，既不受電磁環(huán)境的影響能夠正常工作，也不會(huì )給環(huán)境帶來(lái)嚴重電磁污染，而影響其他設備或系統的正常工作。
對電子設備而言，主要問(wèn)題是EMI和EMS。
一、EMC的問(wèn)題分類(lèi)及主要指標
所有EMC問(wèn)題的產(chǎn)生和解決，都離不開(kāi)下面的三個(gè)方面：
靜電放電(ESD)針對整個(gè)設備，可能有傳導和輻射兩種方式;
電快速瞬變脈沖群(EFT)針對電源和信號接口
浪涌(SURGE)針對電源和信號接口
射頻傳導敏感度(CS)針對電源和信號接口
輻射敏感度(RS)針對整個(gè)設備
電壓跌落(DIP)針對AC電源口
二、EMC問(wèn)題的一般分析解決方法
解決EMC問(wèn)題的時(shí)機的最佳時(shí)機是在產(chǎn)品設計階段，在設計產(chǎn)品設計階段就考慮EMC設計，成本最低，也最容易。
EMC問(wèn)題可分為系統級EMC和設備級問(wèn)題。
(1)確認被干擾對象，估計干擾門(mén)限;
(2)確認干擾源，估計干擾電平大小;
(3)確認干擾耦合機制、耦合途徑;
(4)確定干擾余量(一般為6dB);
(5)提出解決方案;
(6)用實(shí)驗確認結果。
(2)抑制傳導類(lèi)耦合的基本方法
濾波―――多用低通濾波器，有時(shí)也會(huì )用到帶通或帶阻濾波器，濾波電路有多種形式，有LC濾波器、PI型濾波器等，應注意濾波器參數設計與要濾除干擾信號的關(guān)系，有各種成品EMI濾波器可以選購;
隔離―――在數字電路中，可以用光電隔離器件進(jìn)行隔離;模擬電路可用變壓器隔離，來(lái)阻斷或減少電磁騷擾的傳導;
去耦―――通常用去耦電容器，其本質(zhì)還是濾波。
(3)抑制電場(chǎng)耦合的基本方法
接地主要原則：給信號提供最低阻抗的回路;使電源和信號回路面積最小;使各電路間的公共阻抗最小;一般不主張分地，必要時(shí)可分數字地與模擬地、保護地與工作地;最終單點(diǎn)匯接大地。
接地的主要方式：串聯(lián)單點(diǎn)接地;并聯(lián)單點(diǎn)接地;并聯(lián)多點(diǎn)接地;混合接地
(1)設備公共接地母線(xiàn)的安排與設計;(2)設備各功能模塊(子架)的位置分布，合理的布局可避免模塊間的相互干擾;(3)設備對外接口的位置安排;(4)設備電源的布局和走線(xiàn)要求;(5)設備內部模塊間連線(xiàn)布局和走線(xiàn)要求。
四、小結
EMC問(wèn)題，在各種電子產(chǎn)品中都存在。
產(chǎn)品的EMC性能的實(shí)現涉及產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節，其中開(kāi)發(fā)階段的EMC設計尤為重要，只有認真作好EMC設計，才能以最佳的費/效比解決好產(chǎn)品EMC問(wèn)題。
開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設計【2】
電磁兼容是指在有限的空間、時(shí)間和頻譜范圍內,各種電氣設備共存而不引起性能的下降,它包括電磁騷擾(EMD)和電磁敏感(EMS)兩方面的內容。
EMD是指電氣產(chǎn)品向外發(fā)出噪聲,EMS則是指電氣產(chǎn)品抵抗外來(lái)電磁騷擾的能力。
一臺具備良好電磁兼容性能的設備,應該既不受周?chē)姶怒h(huán)境的影響也不對周?chē)斐呻姶膨}擾。
開(kāi)關(guān)電源中的功率開(kāi)關(guān)管在高頻下的通、斷過(guò)程產(chǎn)生大幅度的電壓和電流跳變,因而產(chǎn)生強大的電磁騷擾,但騷擾的頻率范圍(<30MHz)是比較低的。
多數小功率開(kāi)關(guān)電源的幾何尺寸遠小于30MHz電磁場(chǎng)對應的波長(cháng)(空氣介質(zhì)中約為10m),開(kāi)關(guān)電源系統研究的電磁騷擾現象屬于似穩場(chǎng)的范圍,研究它們的電磁騷擾問(wèn)題時(shí),主要考慮的是傳導騷擾。
電磁騷擾
討論電磁騷擾一般是從騷擾源的特性,騷擾的耦合通道特性和受擾體的特性三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行的。
1.開(kāi)關(guān)電源中的主要電磁騷擾源
開(kāi)關(guān)電源中的電磁騷擾源主要有開(kāi)關(guān)器件、二極管和非線(xiàn)性無(wú)源元件;在開(kāi)關(guān)電源中,印制板布線(xiàn)不當也是引起電磁騷擾的一個(gè)主要因素。
1.1 開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾
對開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾是開(kāi)關(guān)電源的主要騷擾源之一。
開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心,主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。
它產(chǎn)生的dv/dt是具有較大輻度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。
這種脈沖騷擾產(chǎn)生的主要原因是 :
1)開(kāi)關(guān)管負載為高頻變壓器初級線(xiàn)圈,是感性負載。
在開(kāi)關(guān)管導通瞬間,初級線(xiàn)圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級線(xiàn)圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓;在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間,由于初級線(xiàn)圈的漏磁通,致使一部分能量沒(méi)有從一次線(xiàn)圈傳輸到二次線(xiàn)圈,儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰。
這種電源電壓中斷會(huì )產(chǎn)生與初級線(xiàn)圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變,這個(gè)噪聲會(huì )傳導到輸入輸出端,形成傳導騷擾,重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管。
2)脈沖變壓器初級線(xiàn)圈,開(kāi)關(guān)管和濾波電容構成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能會(huì )產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。
如果電容濾波容量不足或高頻特性不好,電容上的高頻阻抗會(huì )使高頻電流以差模方式傳導到交流電源中形成傳導騷擾。
1.2 二極管整流電路產(chǎn)生的電磁騷擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復電流的|di/dt|遠比續流二極管反向恢復電流的|di/dt|小得多。
作為電磁騷擾源來(lái)研究,整流二極管反向恢復電流形成的騷擾強度大,頻帶寬。
整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠小于電源中的功率開(kāi)關(guān)管導通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。
因此,不計整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響,而把整流電路當成電磁騷擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
1.3 dv/dt與負載大小的關(guān)系
功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的dv/dt是開(kāi)關(guān)電源的主要騷擾源。
經(jīng)理論分析及實(shí)驗表明,負載加大,關(guān)斷產(chǎn)生的|dv/dt|值加大,而負載變化對開(kāi)通的|dv/dt|影響不大。
由于開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的|dv/dt|不同,從而對外部產(chǎn)生的騷擾脈沖也是不同的。
2. 開(kāi)關(guān)電源電磁噪聲的耦合通道
描述開(kāi)關(guān)電源和系統傳導騷擾的耦合通道有兩種方法:
1)將耦合通道分為共模通道和差模通道;
2)采用系統函數來(lái)描述騷擾和受擾體之間的耦合通道的特性。
2.1 共模和差模騷擾通道
開(kāi)關(guān)電源在由電網(wǎng)供電時(shí),它將從電網(wǎng)取得的電能變換成另一種特性的電能供給負載。
同時(shí)開(kāi)關(guān)電源又是一噪聲源,通過(guò)耦合通道對電網(wǎng)、開(kāi)關(guān)電源本身和其它設備產(chǎn)生騷擾,通常多采用共模和差模騷擾加以分析。
如圖1,為開(kāi)關(guān)電源共模騷擾等效電路。
“共模騷擾”是指騷擾大小和方向一致,其存在于電源任何一相對大地、或中線(xiàn)對大地間。
共模騷擾也稱(chēng)為縱模騷擾、不對稱(chēng)騷擾或接地騷擾。
是載流體與大地之間的騷擾。
如圖2,為帶共模干擾的+5V直流信號。
“差模騷擾”是指大小相等,方向相反,其存在于電源相線(xiàn)與中線(xiàn)及相線(xiàn)與相線(xiàn)之間。
差模騷擾也稱(chēng)為常模騷擾、橫模騷擾或對稱(chēng)騷擾。
是載流體之間的騷擾。
共模騷擾說(shuō)明騷擾是由輻射或串擾耦合到電路中的,而差模騷擾則說(shuō)明騷擾源于同一條電源電路的。
通常這兩種騷擾是同時(shí)存在的,由于線(xiàn)路阻抗的不平衡,兩種騷擾在傳輸中還會(huì )相互轉化,情況十分復雜。
共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的,|di/dt|也產(chǎn)生一定的共模騷擾。
但是,在低壓大電流的開(kāi)關(guān)電源中,共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的還是由|di/dt|產(chǎn)生的,需要進(jìn)一步研究。
如圖3,共模/差模信號與磁場(chǎng)的關(guān)系。
在頻率不是很高的情況下,開(kāi)關(guān)電源的騷擾源、耦合通道和受擾體實(shí)質(zhì)上構成一多輸入多輸出的電網(wǎng)絡(luò ),而將其分解為共模和差模騷擾來(lái)研究是對上述復雜網(wǎng)絡(luò )的一種處理方法,這種處理方法在某種場(chǎng)合還比較合適。
但是,將耦合通道分為共模和差模通道具有一定的局限性,雖然能測量出共模分量和差模分量,但共模分量和差模分量是由哪些元器件產(chǎn)生的,的確不易確定。
因此有人用系統函數的方法來(lái)描述開(kāi)關(guān)電源騷擾的耦合通道,即研究耦合通道的系統函數與各元器件的關(guān)系,建立耦合通道的電路模型。
許多系統分析的結果,如靈敏度的分析、模態(tài)的分析等,都可用來(lái)研究開(kāi)關(guān)電源的EMD的調試和預測。
但是,用系統函數的方法分析騷擾的耦合通道,還需要做很多工作。
2.2.2 雜散參數影響耦合通道的特性
在傳導騷擾頻段(小于30MHz)范圍內,多數開(kāi)關(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò )來(lái)描述的。
但是,在開(kāi)關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件,如電阻器、電容器、電感器乃至開(kāi)關(guān)管、二極管都包含有雜散參數,且研究的頻帶愈寬,等值電路的階次愈高,因此,包括各元器件雜散參數和元器件間的耦合在內的開(kāi)關(guān)電源的等效電路將復雜得多。
在高頻時(shí),雜散參數對耦合通道的特性影響很大,分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。
另外,在開(kāi)關(guān)管功率較大時(shí),集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開(kāi)關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略,它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線(xiàn)傳導的共模騷擾。
電磁騷擾的抑制
對開(kāi)關(guān)電源的EMD的抑制措施,主要是
1)減小騷擾源的騷擾強度;
2)切斷騷擾傳播途徑。
為了達到這個(gè)目的,主要從選擇合適的開(kāi)關(guān)電源電路拓撲;采用正確的接地、屏蔽、濾波措施;設計合理的元器件布局及印制板布線(xiàn)等幾個(gè)方面考慮。
1.減小開(kāi)關(guān)電源本身的騷擾
減小開(kāi)關(guān)電源本身的騷擾是抑制開(kāi)關(guān)電源騷擾的根本,是使開(kāi)關(guān)電源電磁騷擾低于規定極限值的有效方法。
1)減小功率管通、斷過(guò)程中產(chǎn)生的騷擾
上面分析表明,開(kāi)關(guān)電源的主要騷擾是來(lái)自功率開(kāi)關(guān)管通、斷的dv/dt。
因此減小功率開(kāi)關(guān)管通、斷的dv/dt是減小開(kāi)關(guān)電源騷擾的重要方面。
人們通常認為軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以減小開(kāi)關(guān)管通、斷的dv/dt。
但是,目前的一些研究結果表明軟開(kāi)關(guān)并不像人們預料的那樣,可以明顯地減小開(kāi)關(guān)電源的騷擾。
沒(méi)有實(shí)驗結果表明,軟開(kāi)關(guān)變換器在EMC性能方面明顯地優(yōu)于硬開(kāi)關(guān)變換器。
有文獻系統地研究了PWM反激式變換器、準諧振零電流變頻開(kāi)關(guān)正激變換器、多諧振零電壓變頻開(kāi)關(guān)反激式變換器、多揩振零電壓變頻開(kāi)關(guān)正激變換器、電壓箝位多諧振零電壓定頻開(kāi)關(guān)反激式變換器以及半橋式零電壓變頻串聯(lián)諧振變換器的EMD特性,討論了緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對騷擾水平的影響。
實(shí)驗結果表明,具有電壓箝位的零電壓定頻開(kāi)關(guān)變換器的EMD電平最低。
因此,采用軟開(kāi)關(guān)電源技術(shù),結合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線(xiàn),對開(kāi)關(guān)電源的EMD水平有一定的改善。
2)開(kāi)關(guān)頻率調制技術(shù)
將頻率不變的調制改變?yōu)殡S機調制,變頻調制等。
頻率固定不變的調制脈沖產(chǎn)生的騷擾在低頻段主要是調制頻率的諧波騷擾,低頻段的騷擾主要集中在各諧波點(diǎn)上。
由F.Lin提出的開(kāi)關(guān)頻率調制方法[3],其基本思想是通過(guò)調制開(kāi)關(guān)頻率fc的方法,把集中在開(kāi)關(guān)頻率fc及其諧波2fc,3fc……上的能量分散到它們周?chē)念l帶上,由此降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMD幅值,以達到低于EMD標準規定的限值。
這種開(kāi)關(guān)調頻PWM的方法雖然不能降低總的騷擾能量,但它把能量分散到頻點(diǎn)的基帶上,以達到各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMD規定的限值。
2. 接地
“接地”有設備內部的信號接地和設備接大地,兩者概念不同,目的也不同。
“地”的經(jīng)典定義是“作為電路或系統基準的等電位點(diǎn)或平面”。
3.2.1 設備的信號接地
設備的信號接地,可能是以設備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號的接地參考點(diǎn),它為設備中的所有信號提供了一個(gè)公共參考電位。
在這里介紹浮地和混合接地,另外,還有單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。
1)浮地
采用浮地的目的是將電路或設備與公共接地系統,或可能引起環(huán)流的公共導線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)。
浮地還可以使不同電位間的電路配合變得容易。
實(shí)現電路或設備浮地的方法有變壓器隔離和光電隔離。
浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗騷擾性能好。
浮地的缺點(diǎn)是由于設備不與公共地相連,容易在兩者間造成靜電積累,當電荷積累到一定程度后,在設備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電,而成為破環(huán)性很強的騷擾源。
一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻,用以釋放所積累的電荷。
注意控制釋放電阻的阻抗,太低的電阻會(huì )影響設備泄漏電流的合格性。
2)混合接地
混合接地使接地系統在低頻和高頻時(shí)呈現不同的特性,這在寬帶敏感電路中是必要的。
電容對低頻和直流有較高的阻抗,因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。
當將直流地和射頻地分開(kāi)時(shí),將每個(gè)子系統的直流地通過(guò)10～100nF的電容器接到射頻地上,這兩種地應在一點(diǎn)有低阻抗連接起來(lái),連接點(diǎn)應選在最高翻轉速度(di/dt)信號存在的點(diǎn)。
3.2.2 設備接大地
在工程實(shí)踐中,除認真考慮設備內部的信號接地外,通常還將設備的信號地,機殼與大地連在一起,以大地作為設備的接地參考點(diǎn)。
設備接大地的目的是:
1)保證設備操作人員人身的安全。
2)泄放機箱上所積累的電荷,避免電荷積累使機箱電位升高,造成電路工作的不穩定。
3)避免設備在外界電磁環(huán)境的作用下使設備對大地的電位發(fā)生變化,造成設備工作的不穩定。
由此可見(jiàn),設備接大地除了是對人員安全、設備安全的考慮外,也是抑制騷擾發(fā)生的重要手段。
3. 屏蔽
抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的騷擾輻射的有效方法是屏蔽,即用電導率良好的材料對電場(chǎng)屏蔽,用磁導率高的材料對磁場(chǎng)屏蔽。
為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露,可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽,另外,還要對整個(gè)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。
屏蔽應考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題,屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形多孔,在滿(mǎn)足通風(fēng)的條件下,孔的數量可以多,每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。
接縫處要焊接,以保證電磁的連續性,如果采用螺釘固定,注意螺釘間距要短。
屏蔽外殼的引入、引出線(xiàn)處要采取濾波措施,否則,這些會(huì )成為騷擾發(fā)射天線(xiàn),嚴重降低屏蔽外殼的屏蔽效果。
若用電場(chǎng)屏蔽,屏蔽外殼一定要接地,否則,將起不到屏蔽效果;若用磁場(chǎng)屏蔽,屏蔽外殼則不需接地。
對非嵌入的外置式開(kāi)關(guān)電源的外殼一定要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽,否則,很難通過(guò)輻射騷擾測試。
4. 濾波
電源濾波器安裝在電源線(xiàn)與電子設備之間,用于抑制電源線(xiàn)引出的傳導騷擾,又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導騷擾。
對提高設備的可靠性有重要的作用。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾以傳導騷擾為主,而傳導騷擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。
通常共模騷擾要比差模騷擾產(chǎn)生更大的輻射型EMD。
目前抑制傳導EMD最有效的方法是利用無(wú)源濾波技術(shù)。
如圖4,為共模與差模噪聲對比(紅色為共模噪聲,藍色為差模噪聲)。
作為一種雙端口網(wǎng)絡(luò )EMD濾波器,它對騷擾的抑制性能不僅取決于濾波器本身的拓撲,而且在很大程度上也受EMD濾波器輸入、輸出阻抗值的影響。
由于EMD濾波器阻抗和負載阻抗的可變動(dòng)性以及它們可能直接與電網(wǎng)相連的特點(diǎn),電源EMD濾波器的輸入、輸出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。
這就造成了EMD濾波器設計不能完全應用成熟的通信用濾波器的設計方法和理論。
這是電源波波器設計面臨的主要問(wèn)題。
5.元器件布局及印制電路板布線(xiàn)
開(kāi)關(guān)電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小,通路的環(huán)路面積,以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比,即輻射騷擾E∝IAf2。
運用這一關(guān)系的前提是通路尺寸遠小于頻率的波長(cháng)。
上述關(guān)系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關(guān)鍵,這是說(shuō)開(kāi)關(guān)電源的元器件要彼此緊密排列。
在初級電路中,要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近,且布線(xiàn)緊湊;在次級電路中,要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。
在印制板上,將正負載流導線(xiàn)分別布在印制板的兩面,并設法使兩個(gè)載流導體彼此間保持平行,因為平行緊靠的正負載流導體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。
布線(xiàn)間的電磁耦合是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的,因此在布線(xiàn)時(shí),應注意對電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。
對電場(chǎng)的抑制方法有:
1)盡量增大線(xiàn)間距離,使電容耦合為最小;
2)采用靜電屏蔽,屏蔽層要接地;
3)降低敏感線(xiàn)路的輸入阻抗。
對磁場(chǎng)的抑制方法有:
1)減小騷擾源和敏感電路的環(huán)路面積;
2)增大線(xiàn)間距離,使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地小;
3)最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線(xiàn),以便大大降低線(xiàn)路間耦合。
結論
開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設計的目的是使產(chǎn)品在一定的電磁環(huán)境下正常工作,也就是說(shuō),電源產(chǎn)品應滿(mǎn)足標準規定的抗擾度極限值要求,在受到一定的電磁騷擾時(shí),無(wú)性能的下降或故障;同時(shí),電源產(chǎn)品滿(mǎn)足標準規定的電磁極限值要求,對電磁環(huán)境不構成污染源,而實(shí)現電磁兼容。
電磁兼容數據庫設計【3】
摘 要： 針對電磁兼容測試以及系統間預測的現實(shí)需求，詳細討論了電磁兼容數據的結構設計、要素設計以及接口設計等內容。
整個(gè)數據庫系統設計了三層體系架構，通過(guò)應用COM組件技術(shù)可以增強整個(gè)系統的穩定性和可擴展性。
通過(guò)區分預測子數據庫與測試子數據庫設計，可以較完備地滿(mǎn)足電磁兼容在試驗以及預測方面對數據存儲的需求。
此項工作的開(kāi)展對于同類(lèi)型數據庫的設計以及相關(guān)科研工作的開(kāi)展都有極強的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞： 系統間電磁兼容; 預測; 數據庫; COM組件技術(shù)
Abstract： According to the current demands of inter?system EMC prediction and EMC test， the design schemes of structure， major factors and interface for EMC database are described in detail.
Three?layer system architecture was designed for the whole EMC database system. COM component technology can improve the stability and scalability of the whole system， and satisfy the needs of EMC to data storage in the process of test and prediction. This work has a great promotion for the design of same type databases and relevant researches.
Keywords： inter?system EMC; prediction; database; COM component technology
隨著(zhù)電磁輻射源數量的迅速增長(cháng)，若干用頻設備往往會(huì )密集布置于一個(gè)狹小的區域內，使得整個(gè)區域的電磁環(huán)境異常惡劣，進(jìn)而出現某些用頻設備工作異常的情況[1?2]，比如接收機噪聲電平增大，數據誤碼率上升和通信不暢，發(fā)射機輸出電平不穩，工作頻點(diǎn)漂移等[3?4]。
鑒于實(shí)際工程的迫切需求，急需開(kāi)展針對系統間的電磁兼容性研究，而構建電磁兼容數據庫是突破此類(lèi)課題研究的關(guān)鍵性基礎工程[5?7]。
本項目主要依據國家軍用標準設計的電磁兼容性試驗項目[8?9]，設計電磁兼容數據庫的實(shí)體要素，通過(guò)實(shí)際測試掌握特定背景環(huán)境下，用頻設備的電磁發(fā)射特性以及電磁敏感度。
針對后期EMC預測對真實(shí)測試數據的具體需求，進(jìn)一步豐富電磁兼容數據的要素設計。
通過(guò)本項工作的扎實(shí)開(kāi)展，有望進(jìn)一步推動(dòng)系統間電磁兼容測試與預測分析的發(fā)展。
1 數據庫要素設計
1.1 數據庫構成
依據電磁兼容數據庫的設計目的，數據庫設計有“測試數據子庫”、“預測數據子庫”、“數據庫管理”和“輔助功能”等四部分內容。
“測試數據子庫”包括測試管理模塊與數據上傳模塊，具體包含測試人員管理、測試標準管理、測試項管理、測試設備管理、EUT管理、環(huán)境數據管理以及部門(mén)測試數據和其他測試數據等。
“預測數據子庫”依據敏感度管理模塊與發(fā)射參數管理模塊進(jìn)行數據存儲的功能區分，為方便后續數據調用、查詢(xún)，對用頻裝備的實(shí)測數據與理論模型數據進(jìn)行進(jìn)一步的區別管理。
為了保證數據庫的正常運行，還針對數據庫的應用與管理，開(kāi)發(fā)“數據庫管理”和“輔助”項。
數據庫管理包含安全查詢(xún)，數據庫維護記錄以及數據備份等功能。
“輔助”則設計有用戶(hù)手冊、統計查詢(xún)、綜合報表和數據處理等功能。
如圖1所示。
1.2 測試數據子庫
測試數據子庫是整個(gè)電磁兼容數據庫的主要組成部分，占用了數據庫的大量設計任務(wù)，其組成框圖如圖2所示。
整個(gè)測試子庫的設計依據是GJB1389A[8]及GJB151B[9]的測試項。
數據子庫除了記錄試驗產(chǎn)生的各種數據外，還記錄了試驗過(guò)程中用到的測試設備、備件等。
包括各種儀器的基本資料，如設備名稱(chēng)、型號、生產(chǎn)廠(chǎng)商等，以及對原始數據進(jìn)行后期處理所需要的各種儀器參數，如天線(xiàn)系數、電纜衰減和各種轉接頭帶來(lái)的衰減。
同時(shí)，該數據子庫還設計有對試驗時(shí)的電磁環(huán)境記錄的功能。
1.3 預測數據子庫
電磁兼容性預測在工業(yè)設計以及系統應用中扮演越來(lái)越重要的角色[10]，該預測過(guò)程主要依據電磁兼容三要素進(jìn)行：發(fā)射、接收以及耦合通道。
耦合通道的研究主要依據電磁仿真計算完成[11]，而發(fā)射與接收則可以通過(guò)大量的測試建立數據庫來(lái)支撐電磁兼容的預測。
預測數據子庫的設計主要是為將來(lái)電磁兼容預測提供原始的數據支撐。
在數據庫該項功能的設計下，通過(guò)平時(shí)電磁兼容測試進(jìn)行數據資源深度積累，更進(jìn)一步掌握用頻裝備的發(fā)射特性以及在復雜電磁環(huán)境下的適應能力。
依據數據描述內容的不同，可將該庫劃分為敏感管理模塊與發(fā)射參數管理模塊兩大部分，如圖3所示。
依據數據的來(lái)源不同，又可以將該數據分為測試數據與理論模型兩大類(lèi)。
在后續應用中，應當以實(shí)際測試參數為主，在沒(méi)有測試數據支撐的前提下，可以采用理論模型數據進(jìn)行補充[12?14]。
1.4 數據庫管理
在電磁兼容測試過(guò)程中，需要頻繁地進(jìn)行數據操作，要求數據庫具備參數修改、添加設備、標準曲線(xiàn)的維護、數據查詢(xún)等功能。
為防止數據庫中數據被隨意修改，設定普通用戶(hù)身份登陸的用戶(hù)只能查詢(xún)數據庫中的數據，系統管理員身份登陸的用戶(hù)才能對數據庫進(jìn)行修改、添加和刪除等操作。
系統管理員可添加新的用戶(hù)，并指定用戶(hù)的類(lèi)型。
1.5 數據庫輔助功能
數據庫的輔助功能主要包括軟件的使用手冊以及相關(guān)數據處理的輔助函數等。
主要包括測試數據統計、數據圖形化顯示、完成EMC測試數據的自動(dòng)入庫以及依據獲取的試驗測試數據自動(dòng)生成試驗報表等。
2 數據庫結構設計
為了便于操作使用以及保證數據的相對獨立性，數據庫擬采用物理層、服務(wù)層、應用層三層體系架構進(jìn)行設計，確保系統數據存儲結構與數據邏輯結構的變化不會(huì )對應用程序以及用戶(hù)原有使用造成影響。
應用層主要完成友善用戶(hù)界面設計，完成最終用戶(hù)與原始數據之間的交互管理。
其功能主要包括數據錄入，數據圖形化展示等。
物理層主要起數據倉庫的作用，存儲各類(lèi)實(shí)測數據以及相關(guān)理論模型。
數據庫的運轉內核為服務(wù)層，通過(guò)應用COM組件技術(shù)實(shí)現為多個(gè)相互獨立的功能模塊，起到物理層與應用層橋梁的作用[15]。
這種分層設計可以增強系統的穩定性和可擴展性，如圖4所示。
3 接口設計
整個(gè)系統的接口設計主要考慮數據接口、Web接口和人機交互接口三大類(lèi)，如圖5所示。
3.1 數據接口
本系統的數據接口主要指數據庫管理模塊與數據庫數據模塊之間的接口，但同時(shí)也應該保證Web接口的設計。
數據庫管理模塊與數據庫數據模塊之間的接口是通過(guò)應用COM組件技術(shù)實(shí)現。
這種分層設計增強了系統的穩定性和可擴展性。
3.2 Web接口
數據庫的管理模塊安裝Web瀏覽器，設計與開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)服務(wù)，對存儲在資源數據庫數據模塊中的各類(lèi)資源進(jìn)行查詢(xún)、下載、上傳和調閱等。
包括與任務(wù)相關(guān)的評估、報表生成和各類(lèi)繪圖操作。
為保證信息安全以及敏感數據的保密要求，通過(guò)Web接口訪(fǎng)問(wèn)涉密信息和資源時(shí)必須進(jìn)行嚴格的用戶(hù)權限審核。
另外數據庫數據模塊提供Web Services客戶(hù)端接口A(yíng)PI函數，可以實(shí)現異地對數據庫相關(guān)信息的快速準確查詢(xún)。
另外，數據庫數據模塊提供支持本地對數據庫相關(guān)信息進(jìn)行快速準確查詢(xún)的客戶(hù)端接口A(yíng)PI函數，該API函數支持后續的封裝操作，即可以方便嵌入后期二次開(kāi)發(fā)程序中，支持二次開(kāi)發(fā)程序的使用。
3.3 人機交互接口
人機交互接口主要設計在數據庫管理模塊層面，主要用于保證使用人員、設計與開(kāi)發(fā)人員、運行管理人員進(jìn)行人機交互。
4 結 語(yǔ)
本文詳細論述了可應用于電磁兼容測試以及系統間電磁兼容預測的電磁兼容數據庫設計。
通過(guò)數據庫的頂層設計，在保證電磁兼容試驗數據存儲的同時(shí)，依據電磁兼容預測需求，補充完善數據庫存儲要素，基本滿(mǎn)足后期電磁兼容預測的現實(shí)需求。
在數據庫輔助功能中設計有電磁兼容自動(dòng)測試功能，但是針對不同的測試儀器，其驅動(dòng)模塊不同，因此要開(kāi)發(fā)完備的電磁兼容自動(dòng)測試功能，還需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)通用測試儀器的驅動(dòng)庫，并提供簡(jiǎn)單易用的輔助程序調用，以便測試人員使用，這些工作都有待于后續進(jìn)一步深度開(kāi)發(fā)。
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