本文围绕电磁兼容性(EMC)展开,介绍其为研究系统在电磁环境行为的学科,阐述实现EMC需典型SE过程,涵盖电和电磁环境效应分析、EMC要求、设计实施、工程测试及认证等方面内容,说明各环节要点。

系统工程手册(Systems Engineering Handbook)是国际系统工程协会(INCOSE)编著的一本权威性指导书籍,旨在为系统工程的全生命周期过程和活动提供详细的指南,其内容基本涵盖ISO/IEC/IEEE 15288(系统生命周期过程)和ISO/IEC/IEEE 26771(系统工程管理计划)。这些标准为系统工程的全生命周期提供了清晰的指导,涵盖了需求分析、设计、开发、测试和维护等环节,帮助工程师高效管理复杂项目,确保系统从概念到退役的全过程都能科学运作。

为了方便感兴趣的人士参考,reddish(@srs.pub)基于系统工程手册第四版(2015),借助通义完成翻译,并做校稿,个别地方有做必要的修正和裁剪。

本文是的中文译本的第十章专业工程活动(Specialty Enginerring Activities)的第二小节:电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility)。


EMC是研究系统在电磁(EM)环境中的行为的工程学科。当一个系统能够在EM环境中与其他系统或系统元素一起正常运行,并且不会使这种环境导致其他系统或系统元素出现故障时,就实现了电磁兼容性。当一个系统引起干扰时,通常使用术语电磁干扰(EMI)。在电磁兼容性中,电磁环境不仅包括经典上归因于电磁学的所有现象和效应(如辐射),还包括电效应(传导)。

在系统开发过程中成功实现EMC需要一个典型的SE过程,如图10.6所示。

1 电和电磁环境效应分析

电和电磁环境效应(E4)分析描述了系统在其生命周期中可能遇到的所有威胁(自然和人为的)。可以使用MIL - STD - 464C(DoD, 2010)来指导这一分析,该分析应包含确定系统EMC要求所需的所有信息。

2 EMC要求(标准和规范)

EMC标准和规范用于规范系统运行的电磁环境。它通常规定了系统在其预期的电磁环境中的功能能力(敏感度或易感性)以及对这种环境的贡献(排放)。对于传导发射、传导敏感度、辐射发射和辐射敏感度,都有相应的标准和规范。

一个系统拥有不遵循现有标准和规范的定制开发的EMC要求的情况是罕见的。然而,现有的标准和规格(无论是商业、军事、航空电子、汽车还是医疗)根据潜在故障的严重程度将要求分为不同的类别。根据E4分析的结果,确定正确的EMC要求及其类别是SE的功能。

3 EMC设计与实施

EMC要求是概念和开发阶段的输入。重要的是,EMC要求应在物理设计开始时确定,因为EMC设计包括机械和电气/电子硬件实现,这些不属于其他功能要求的一部分。

对于任何EMC设计,最好遵循分区的过程,将系统划分为易于进行EMC管理的区域。通常,主要的系统元素被分组到低辐射或相似辐射的区域中。非常敏感的电路(通常是模拟/测量电路)被分组在一起并受到保护。区域之间的接口受到控制。在区域之间连接接口的地方,使用滤波器。在辐射干扰发生变化的地方,采用屏蔽和/或物理隔离。

在系统设计阶段,采用结构化方法控制干扰的一种方式是制定EMI控制计划。EMI控制计划通常包括所有EMC要求、分区策略、过滤和屏蔽、布线以及与EMC相关的详细机械和电气设计。

4 EMC工程测试

在开发阶段可能需要进行预资格测试。这通常是在系统元素级别上进行的,甚至低至单个印刷电路板组件级别。由于EMC结果难以预测,确保设计成功最好的方法是在较低的系统级别上进行测试以确保合规性,从而最大化系统合规性的概率。

5 EMC认证

EMC认证测试是为了验证系统EMC设计是否符合其要求。这项活动的第一部分是编制EMC测试计划,将每个要求映射到一个测试和测试设置。

EMC测试设置是EMC SE的一个组成部分,因为测试结果会根据设置而有所不同。这个设置可能具有挑战性,因为系统或系统元素在进行排放测试时,被测设备必须处于运行模式,并且在敏感度测试期间必须能够检测到故障。与系统或系统元件的接口必须在不损害其测试的电磁区域的情况下进行。这可能需要特殊的系统相关EMC测试设备。当对大型系统(如船舶、飞机或完整的工业设施)进行测试不切实际时,系统元件的资格测试用于验证更大的系统。