電磁干擾對結構化布線的影響

如今，企業(yè)高度依賴于計算機網(wǎng)絡，事實上，如果沒有高科技電子設備，它們幾乎無法有效運轉。一旦投資購置，這些電子設備的可靠運行就變得至關重要。系統(tǒng)故障不但會造成業(yè)務機會喪失或生產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。結果，用戶要么設法避開網(wǎng)絡，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品，并由此導致額外的成本。

對電磁兼容性(EMC)的關注以及制定相應標準的動力源自個人計算機、局域網(wǎng)等電子設備的快速增長，源自這些設備持續(xù)增加的數(shù)據(jù)速率。更重要的是，便攜式電子設備的使用也出現(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，通常會對系統(tǒng)中的高頻信號產生有害影響，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。另外，采用數(shù)字電子設備的系統(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)及相關標準的了解，并在此基礎上探討電磁兼容性(EMC)對布線系統(tǒng)的影響。

電磁效應

電磁效應可分為兩大類。第一類指電子設備因電磁感應電壓和電流而發(fā)生故障或損壞,或對此類故障或影響的免疫能力。第二類與不必要的電磁噪聲的放射問題相關。

現(xiàn)今，電子設備的應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、生產效率、可靠性等造成顯著影響。

除設備或系統(tǒng)的電磁輻射敏感性以外，另一重點在于，不得產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備饋入的意外感應電流和電壓。

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)設計符合電磁兼容性標準。

若要保護每件設備，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，評估設備的操作電磁環(huán)境，這是設計的第一步。

放射

時變電荷分布和電流會產生電磁波。所有電氣和電子設備及系統(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)代電子設備敏感性不斷增加的原因，我們必須首先考慮小型化技術取得的巨大進步。得益于此類進步，執(zhí)行同樣復雜的任務所需要的功率降低了;這就意味著，用來在設備內部和設備之間發(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果。如前所述，這不但會產生無用的電磁(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。

電磁場中的磁性元件與電子系統(tǒng)中的環(huán)路結合后會產生感應電壓，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，將會產生感應電流。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備以及需要遵循的抗擾度規(guī)范的性質。

設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：

• 印刷電路板設計

• 機柜設計

• 連接器技術

• 電源和接口電纜

本文討論的是接口電纜的設計。

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

• 產品系列標準

• 產品標準

通用標準、產品系列標準和產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)和相關設備的測試及合規(guī)性相關標準：

放射標準

• IEC CISPR 22或EN 55022 - 關于信息技術設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 - 產品標準：信息技術設備抗擾度

• 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)硬件和結構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”對應于商業(yè)環(huán)境;“B類”則為住宅環(huán)境。