电磁兼容设计(简介)解读课件.ppt

1、 第七章第七章 电磁兼容设计（简介）电磁兼容设计（简介）71概述 在电子、电气设备的设计中必须进行电磁兼容设计，电磁兼容设计包括：元器件的选择，电路的设计和布线，设备结构的设计，屏蔽、滤波、接地和搭接技术的应用等。1、EMC设计的目的、设备内部的电路、器件不互相干扰。、设备产生的电磁干扰强度低于规定的限值。、设备具有一定的抗干扰能力。2、设计的主要参数，对于系统、各设备、各器件：、抗扰度允许值（电磁敏感度阈值）312、电磁兼容安全系数 313 3、EMC设计的内容、电气设计、各元器件的干扰控制和抗干扰措施 屏蔽技术、滤波技术、接地技术的应用、元器件的布局、导线的敷设等、结构设计：机箱的屏蔽，包

2、括通风口、缝隙、表头、显示器、指示灯等处的处理。72 一些元器件产生的干扰及控制一、电感器，各种线圈（磁芯、空气芯）电感器是抑制干扰的元件（滤波电路中），也是产生干扰的元件，磁场干扰，磁芯电感可分为开环型和闭环形，图71。常见的电感器如图72所示。（电感量的估算）控制干扰的措施：、采用闭环型电感器、屏蔽，对于低频，要选用高磁导率 材料。二、变压器1、漏磁干扰 例：一电源变压器（图 7 3a）的漏磁干扰。图3b,沿线包轴线 方向（z方向）漏磁最 大,沿铁芯方向(y方向)漏磁最小。控制措施、加装漏磁短路环，在线包外面包一层铜皮，图7 4,漏磁通穿过短路环时，在短路环中产生感应涡流，涡 流产生的反向

3、磁通可以抵消部分漏磁，屏蔽效果如图 75，加装短路环后，x方向漏磁最小。、对变压器侧面屏蔽，用铁皮，与铁芯绝缘，图7 6，屏蔽效果，图77。、对变压器本身的设计制造也可采取措施，例如选用高 磁导滤材料作铁芯，采用C型铁芯（一般是E型铁芯）等。2、电容耦合干扰：变压器的初次级之间的分布电容，可 以使供电电网中感应的高频干扰信号从初级耦合到次 级，从而进入设备。控制措施：在变压器的初、次级之间增加一层静电屏 蔽，如图78，可以用铜箔，也可以 绕一层线圈，一端接地，另一端绝缘。三、开关和继电器1、开关产生的干扰 开关闭合和断开时，会产生很大的dI/dt或dV/dt，即电流或电压的突变，产生宽带的高频

4、干扰。开关负载的功率越大，干扰也越大。对于电感性电路，电流突然切断会产生很高的瞬态感应电压，引起电弧放电，产生电磁干扰。2、继电器产生的干扰 继电器中有线圈和铁芯，电感比较大，电流突然切断产生的瞬态感应电压，可达电源电压的1020倍，会在接触处产生电弧放电，引起传导干扰和辐射干扰。触点闭合时，会发生反弹断开，再闭合，反复几次，也会产生干扰，在数字电路中会引起数据的错误。3、控制措施，几种常用的电弧抑制电路，图79。、电阻型 K断开，产生感应电动势，LR电路中出现阻尼衰减振荡idIuLdt 可以使感应电动势衰减。R过大，仍有电弧产生，R过小，常态时（无开、关动作）R上的功率损耗过大。、RC型 L

5、CR电路（电阻型的改进电路）K断开时，电感向电容器充电，抑制开关触点两端的 浪涌电压，可避免电弧发生，常态时，电容相当于开 路状态，电阻R上没有电流，也没有功率损耗。（优 于电阻型）、DR型 K断开时，电感上的瞬时感应电压（下端为正）使二 极管导通，相当于（a），可拟制电弧。常态时（上 端为正）二级管不导通，不消耗功率。、背对背的二极管型 两个齐纳二极管 齐纳二极管（稳定二极管）在达到临界反向击穿电压 前反向电阻都很高，在临界击穿点上，反向电阻变得 很小，电流增大而电压保持恒定。K断开时，电感上的瞬时感应电压很高，一个二极管 反向击穿，一个正向导通，电阻很小，可抑制电弧。常态时总有一个二极管不

6、导通，不消耗功率，这种电 路既适用于交流，也适用于直流。、RCD型 在RC型电路中R两端并联一个二极管。常态时二极 管不导通，与RC型电路相同，K断开时，电感上的 瞬时电压，（下端为正）可通过C和二极管释放，抑 制电弧。四、小型电动机 带动风扇和机械装置 整流子的电刷产生的火花放电引起干扰，主要频率在100K1MHz，谐波频谱可达100 MHz，控制措施：1、电容法，图710、C1：跨接在电动机的两根电源线上，滤除火花放电产 生的高频干扰。、整个电动机被屏蔽,电源线穿过机壳处安装穿心电容，一方面可以进一 步滤除高频干扰，另一方面也可增 强屏蔽效果。电容法中，C1，C2，C3均采用无感电容器，引

7、线要尽量短，抑制作用约为20dB。2、电容铁氧体磁 环法(图711)在电容法的基础上，加套铁氧体磁环。铁氧体磁环是损耗滤波器,可以滤除1MHz以上的干扰信号。五、逻辑电路器件 数字电路中的基本器件 逻辑电路器件是干扰源：工作时其电平状态迅速改变，不但在公共电源线和地线中产生传导干扰，还会产生辐射干扰。逻辑电路器件也是敏感设备:受到干扰可能被误触发。使用逻辑电路器件时，必须了解它可能产生的干扰，以及自身的抗干扰能力。例如，一个逻辑电路的脉冲信号值为16mA，上升时间为15ns，地线分布电感为0.5H，在地线上产生的干扰电压为这个干扰电压，可能通过传导干扰其它电路的正常工作。逻辑电路的开关越快，幅

8、值越大，干扰就越大，波形越陡，干扰信号的频谱越宽。控制措施1、正确选择逻辑电路器件、选择干扰水平低的器件 1.6dIULVdt例：实验表明，TTL器件（晶体管晶体管逻辑电路）的干 扰水平高，CMOS器件（互补金属氧化物逻辑电路）的干扰水平低，原因：TTL的速度较快（上升时间约为10ns），电流跳变的幅度较大（约16mA），CMOS的速度较慢（上升时间约为50100ns），电流跳变的幅度较小（约10mA）。不需要高速器件，就不要选用高速器件，以免产生过多的干扰。、选用抗扰度高的器件 一般，逻辑电路的速度越低，响应越慢，触发阈值越高，抗扰度也越高。73，电路的干扰及控制一、电源的干扰及控制1、来自

9、电源的干扰，图712 由于存在共阻抗RS(电源内阻、线路阻抗)，电源上存在的干扰可以加到各单元电路上，任何一个单元电路产生的干扰电流Ii,也会在RS上产生干扰电压 IiRS 加到其它单元电路上。来自电源的干扰包括：、从电源线引入的干扰。、外部干扰场，透过机壳耦合至电源回路的干扰。、直流电源的纹波电压。、稳压电源中参考电压的变动或元器件参数的变动。、开关电源或开关电路、功率控制电路中电流跃变引起 的电源电压的波动。、某一部分电路产生的干扰引起流经电源的电流变动。控制措施：采用RC滤波器或LC滤波器，如图713，LC滤波器中有电感线圈,有可能引入新的干扰,还需要屏蔽。RC滤波器，R上产生电压降而降

10、低电源电压,并消耗电能。2、整流二极管产生干扰 二级管正偏时将贮留一定数量的少数载流子，反偏时贮留的载流子释放时会产生脉冲电流,如图714，尖峰脉冲的幅度、宽度及波形取决于二级管的特性及电路参数。尖峰脉冲含有丰富的高频成分，是一种重要的干扰源。控制方法（采用下面之一的措施）、每个整流二级管并联一旁路电容，、每个整流二级管串联一个电阻，、每个整流二级管的两端各接一高频旁路电容至地。、采用软恢复二极管。二、线路板上的共模辐射 和差模辐射 1、线路板上信号环路的 辐射是差模辐射，如 图715所示。信号 环路相当于小环天线，差模辐射的电场强度为：162131.6 10sin /7 1f AIEV mr

11、其中：f是信号电流的频率（Hz）,A是环路的面积(m2)，I是信号电流强度（A），r是观察点到环路中心的距离，是r与环路平面的夹角。可以看出，减小信号环路差模辐射的有效方法是减小环路的面积。不同逻辑电路所允许的最大环路面积如表71所示。表71 不同逻辑电路所允许的最大环路面积 逻辑器件系列上升时间（ns）电流（mA）不同频率下允许的环路面积（cm2）4MHz10MHz30MHz100MHz4000B406100040074HC620504518674LS65020187.22.474AC3.5805.52.20.750.2574F3805.52.20.750.2574AS1.412020.83

12、0.152、线路板上I/O导线（电缆）的辐射是共模辐射，仍如 图715所示。I/O导线（电缆）相当于单极天线，共 模辐射的电场强度为：其中l是导线的长度(m)。可以通过减小I/O导线（电缆）的长度、减小共模电流（共模电流一般不是信号电流）、使用屏蔽电缆等方法控制共模辐射。7410sin 72fIlEr加缓冲器A小地线A大A大设计顺序:clock bus 普通信号线20-H原则原则 2020H H原则原则 所有的具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量，为减小这个效应，印制板的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸小20H，其中H是两个印制板面的间距。按照一般典型印制板尺寸，20H一般为3m

13、m左右。二、单元电路的干扰及控制 不论是来自设备外部，还是来自设备内部的干扰都会对电路产生影响，对于不同的单元电路，控制干扰的方法有所不同。1、功率放大器、图716是一个一般的放大器电路，用作功率放大器 时，输出电流比较大，当输出电流流过电源时,在电 源内阻上产生电压降，会对所有与此电源相连的电 路产生干扰（通过公用电源内阻耦合）。抑制措施抑制措施：在集电极加一个阻容去耦电路，使电源对信号呈现低阻抗，如图717，Cd是并联的去耦电容（一般是电解电容器），Zd是串联的阻抗。Cd对信号的阻抗应很小。Zd应足够大以保证电源为恒流源。、功率放大器电路接地回路上的电流比较大，也会对其 他电路产生干扰（通

14、过公共接地回路耦合）。抑制措施：对于低频电路采用单点接地，如图7 17 中所示。2、调谐放大器 调谐输出级功率放大器抑制干扰的方法如图718所示，分析方法与功率放大器相似。与I的上升时间及线长有关D要大H要小74 电路的布局和配线 电路的布局和配线的设计是一个十分重要的环节，如果元器件布局不当或电路配线不当，都会导致严重的干扰或收不到预期的抗干扰效果。一、元器件的布 局 作EMC设计时，基本元器件的等效电路如图720所示。元器件的布局主要是减小设备内部各元器件干扰的互相影响和配线的合理性，作为一般的原则，主要有:1、产生干扰的元器件和敏感元器件要尽量分开。2、低电平级和高电平级的元器件，低功率

15、级和高功率级 的元器件，应按输入和输出方向顺序排列，避免将高 电平、高功率的信号耦合至低电平、低功率的器件，造成反馈干扰。3、尽量减小元器件之间的电容耦合(改变元器件的方向、相对面积）。4、尽量减小元器件之间的电感耦合。、引线要短，避免长距离平行走线。、产生变化磁通的元器件，要尽量避免对其它元器件和 回路产生干扰。例如：两个线圈的轴向不应平行，应垂直。两个线圈必须平行安装时，要尽量拉开距离以 减小两线圈之间的互感耦合。5、非辐射元器件或同一级中的元器件，应尽量靠近，以 减小公共地阻抗耦合，使用较大的地平面以减小地线 阻抗。6、尽量减小电流回路的面积（减小辐射回路面积或接受 回路面积）7、留一定

16、的空间以便对一些器件采取屏蔽措施。例如：产生辐射干扰的器件：小电动机、继电器、线 圈，敏感器件：高频头。8、逻辑器件是一种产生干扰的元件，其辐射干扰的控制 原则与电感器件相同。9、尽量防止元器件从设备外部引入干扰，或通过元器件 把干扰传播出去。（传导、辐射）例如：电感器件的布局。电感器件（例如滤波器中的电感线圈、振荡器中的 线圈、变压器、继电器等）通入变化的电流时会产 生变化的磁通，对邻近的器件或回路产生干扰。所 以，电感性器件，特别是功率电感器件是重要的干 扰源。、图721（a）是一个低通滤波器，有3个电感器和2 个电容器，为了使3个电感器互相垂直安装，可以按 图721（b）布局，L1安装在

17、一个平面上，L2和 L3 安装在另一个垂直平面上。也可以安装在不同层面 上，或印刷电路板的两面。、图722 是两 个相邻线圈的 安装方法和最 小尺寸。、两个线圈除了电感耦合,也存在电容耦合(分布电容)。减小电容耦合最有效的措施是屏蔽，有时无法采用屏 蔽措施，如图723（a）所示的两个线圈,此时为减 小线圈间的电容性耦合，应采取正确的接地方法，如 图723（b）所示，把2和3接地,可以起到一定的隔 离作用，使两线圈的高压端1和4间的分布电容减小。、电感器件的屏蔽 为了防止电感线圈磁力线外泄的影响，可以采用屏蔽措施。采用线圈屏蔽罩时，应考虑两个问题：一是磁通沿屏蔽罩接缝的外泄，二是屏蔽罩对线圈电感

18、量的影响。线圈的安装应垂直于底座，这样可使线圈产生的磁通穿过底座最少，从而减小了线圈与底座之间的耦合，而且减小了磁通沿接缝的外泄。屏蔽罩一般采用高磁导率材料，屏蔽罩对线圈的参量影响应予考虑，主要为：a 屏蔽罩的涡流会抵消一部分线圈的磁通，使线圈的电感 量变小。B 屏蔽罩的涡流使线圈的等效损耗电阻增大，因而降低了 线圈的品质因数。C 屏蔽罩对线圈各绕匝之间增加了寄生电容，因而增大了 线圈的固有电容。屏蔽罩的体积越小，即屏蔽罩与线圈的距离越小，上述影响就越大。设安装在屏蔽罩中的电感线圈的直径为D，高度为 ，屏蔽罩的直径为DS，高度为 ，如图724所示。如果采用屏蔽罩前线圈的电感量为L，屏蔽罩本身的

19、电感为 ，高频电阻为 ，屏蔽罩与线圈之间的互感为M，当工作频率很高时，线圈的电感量为：lslsLsrssLr22211 73bssMMLLLLkLL L其中 是线圈与屏蔽罩之间的耦合系数，由线圈与屏蔽罩的几何尺寸决定。不同形式的屏蔽罩（图725）对线圈电感量的影响可以用下列公式计算，也可以通过查图726、图727得到。对于圆形屏蔽罩（图725（a）：skML L331 74bsDLLD对于方形屏蔽罩（图725（b）：对于平板形屏蔽罩（图725（c）：其中是与线圈尺寸有关的参数，可由图726查得。图726 图727 330.581 75bDLLA330.051 76bDLLB图727 中,曲线1

20、 表示圆形屏蔽罩对线圈电感量的影响，横轴是 ;曲线2表示方型屏蔽罩对线圈电感量的影响，横轴是D/A；曲线3表示 平板型屏蔽罩对线圈电感量的影响，横轴是d/2B。一般设计时，应根据电感量减小l020来确定线圈与屏蔽罩的尺寸。从图727中可以看出，对于圆形屏蔽罩，；对于方形屏蔽罩，D/A0.70.55；对于平板形屏蔽罩，。如果要减小屏蔽罩的体积，而不希望对线圈产生过大的影响，可以在屏蔽罩与线圈之间衬一层铁氧体材料。由于铁氧铁材料的磁导率高，电阻率也高，因此既可增大线圈的电感量，又起磁屏蔽作用。在铁氧体杯与线圈之间常用环氧树脂固定，起机械保护作用，而在铁氧体杯外面再 /sD D/0.60.5sD D

21、/20.80.65DB 套一层金属屏蔽罩并良好接地。这样设计的屏蔽罩可做到体积小，又对电磁场起良好的屏蔽作用，如图728所示。图中1是铁芯，2是线圈,3是线圈架,4是环氧树脂，5是铁氧体杯，6是铜或铝屏蔽罩，7是底座，8是密封衬垫。二、电路的配线（印制电路板的配线）(一)、印制电路板配线的一般原则，、低电平电路与高电平电路分开，顺序排列，防止低电 平敏感电路受高电平电路的干扰。、低频模拟电路与数字电路分开。、低速和高速的数字电路分开，使高速电路占据最小的 回路面积和最短的线路，以便减小共阻抗耦合、串音 及辐射的影响。、配线不要做成环路，特别不要绕电路板环形，避免形 成大的环路。、不同的电路尽量

22、分别配线，尽量避免出现窄长的平行 线，当不得不用长平行线时，可用“0”线隔开，“0”线 VCC与电源线的间距应大于1mm。、对于可能出现较大突变电流的电路，要有单独的接地 回路，减小对其它电路的瞬态耦合。、连线要尽可能短，以免增大电感。旁路电容的连接尽 量不用引线，直接连接。地线要粗一些。、对于高速数字电路，为了减小电源阻抗，可以采用电 源分布总线。这种分布 总线可以在很宽的频带 内提供很低的阻抗。(二)、印制电路板配线设计 举例。1、印刷电路板的插头布线 图729 地线安排在印刷板的边上，输入信号和低电平靠一侧，输出信号和高电平靠另一侧，中间的地线可以是“0”V线，可以作为分区电路的地线，也

23、可起电平的隔离作用。2、回路面积的控制 图730是电源的布线方法，在考虑安全的条件下，电源线应尽可能靠近地线，如图730(a)所示，这样可以减小差模辐射的环路面积，也有利于减小电路的交扰。4、模拟电路与数字电路的连接 有时很难将模拟电路与数字电路分区布线，例如A/D变换电路，包含有模拟放大器、电荷保持电路、数字电路，将输入的模拟信号转换为数字脉冲输出。将数字电路的“污染地”与模拟电路的“干净地”分开，电源也分开了,这样就可以减小数字电路对模拟电路的干扰。为了减小数字电路的地阻抗，可以采用较宽的地线。模拟电路、数字电路电源引线、地线引线之间还可以增加一条“0”线，进一步隔离。5、多层印刷电路板

24、对于高速数字电路，单层印刷版往往不能满足电磁兼容的要求，必须采用多层印刷版。、多层印刷版的结构原理 图734是一种常见的四层印刷版的结构示意图，第A层和第D层是安装元器件的印制板，第B层和第C层是无刻蚀的铜箔板，分别作为回路参考地和分布电源，各层之间的连接通过电镀的孔实现。由于各层之间的距离很近，电源层和参考地层两平板之间的电容很大，而且铜箔板的电感和电阻都很低，因此分布电源的阻抗非常低，这样多层印制板较单层印制板对共阻抗耦合的抗干扰能力强。另外,电源层和参考地层是基本上完整的铜箔板，对于A、D两层电路也可以起屏蔽作用。所以从电磁兼容的角度，多层板优于单层板。、多层板的布线 原则、电源平面应靠

25、 近接地平面，这样可以利用 两金属板间的电容作电源的平滑电容，同时接地平面 还对电源平面上分布的辐射电流起屏蔽作用。、把数字电路和模拟电路分开，有条件时，最好把数字 电路和模拟电路安排在不同的层内。如果一定要安排 在同一层，可采用开沟、加接地线条、分隔线条等方 法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开，不能混 用，因为数字信号有很宽的频谱，是产生干扰的主要 来源。、与地线相邻的信号层上布高速信号线，较远的层布低 速信号线。、模拟电路的高电平信号与低电平信号分别在地线层与 电源层的两侧。、时钟电路和高频电路是主要的辐射干扰源，一定要单 独安排，远离敏感电路。多层板的层数由下述因素决定：对电路功能的

26、要求，信号分类隔离，VLSI（超大规模集成电路）元件密度，布线条数，阻抗控制等等。例如，表72是多层板布线层间安排的例子，S、G、P分别表示布线层、接地层、电源层。信号线地线加铜片A最小75 抑制传导干扰的措施 产生传导干扰的三个要素是：干扰源、干扰信号耦合的通道、敏感设备，抑制传导干扰还是从这三个方面着手。采用的技术包括：屏蔽技术（61），滤波技术（62）、接地和搭接技术（63）、电路的布局和配线（74），可采用的措施举例：一、对传导干扰源的处理1、如果传导干扰源是产生强电磁场的元器件，例如线圈 、变压器、电动机等，应远离敏感器件或加以屏蔽。2、要尽量避免开关、继电器等器件出现电弧放电。3、

27、要尽量使器件工作在设计曲线上线性最好的部分，减 少输出的谐波分量。二、阻断干扰信号的耦合通道1、阻断电阻性耦合、如果两个电流回路或系统彼此无关，信号独立，则 不应有电的连接，以免形成电阻性耦合。、减小公共导线上的阻抗，例如，增大面积，减小长 度，减小接触电阻等。、电路去耦：不同的电流回路之间仅在一个点作电的 连接，在这一点不可能流过干扰电流，达到两电流 回路间去耦的目的。例如图735，图(a)中信号电 流通过公共阻抗耦合,图(b)中仅在接收端一点相连 (需要时），信号电流是去耦的。使用同一电源总线的几个电流回路之间，可用旁路电容去耦，有时需要对潜在的干扰源（如触发器、数字电路）和敏感器件专门去

28、耦。、电位隔离：互不共用信号的电流回路或系统之间，要避免不必要的电路耦合。电平相差悬殊的相关系 统，应当采取电位隔离措施，信号相关的电流回路 或系统电位隔离，可选用的元器件和工作原理如下：继电器：电气机械原理。变压器：电磁原理。光电耦合器件：光电原理。2、阻断电容性耦合通道、两个电流回路的耦合部分（例如导线、电缆）的布置 应使耦合电容尽量小，例如应使导线尽量短，间距尽 量大，尽量避免平行走线等。对于高频电路，不能象 低频电路那样将各种导线扎成一束。一些可能引起耦 合的导线，例如晶体管的c、b极引出线,放大器的输 入、输出导线，应尽量避免过近和平行排列。、可以利用屏蔽,加“0”线等方法把带有干扰

29、电流的导线 和敏感导线隔离。3、阻断电感性耦合通道、对于导线和电缆间的电感性耦合，还是采用使导线尽 量短，间隔尽量大，尽量避免平行走线等措施。、尽量减小配线的回路面积，抑制电感性耦合。、正确安置电感性器件的位置（P127）或加以屏蔽。三、对敏感设备的处理1、尽量少用低电平器件，器件的灵敏度只要能满足设备的 性能指标即可。2、对敏感器件可以采用屏蔽措施（电屏蔽、磁屏蔽）。四、正确选用或设计滤波器是防止传导干扰，同时把有用 信号送到指定设备或器件上的重要措施。76 抑制辐射干扰的措施 抑制辐射干扰也要从干扰源、干扰信号耦合的通道、敏感设备这三个方面着手，采用的技术包括：屏蔽技术（61），接地和搭接

30、技术（63）。一、抑制干扰源的辐射1、对于天线辐射，可以利用天线辐射的方向性和极化特性 减小对接收机的干扰。2、可以通过控制信号的频谱，带宽等特性减小对接收机的 干扰。3、在电路设计中，可能产生电磁泄漏的器件应远离敏感器 件。4、对可能产生电磁泄漏的器件可以采取屏蔽、接地等措施 减小电磁泄漏。5、减少发射机不需要的功率，以减小对接收机的干扰。二、增加辐射干扰传输通道的损耗 利用屏蔽技术。三、保护敏感设备（器件）1、在能达到性能指标的条件下，敏感设备（器件）的灵 敏度不要太高。2、在敏感设备（器件）的输入端安装滤波器，滤除干扰 信号。3、对于天线接收，可以利用天线的方向性和极化特性减小 干扰。4

31、、可以通过改变敏感设备（器件）的接收频谱、选择性、带宽，减小干扰。7、显示器、显象管或示波管后部可以加 装喇叭状屏蔽罩，如图74 5，设备内部的干扰源不会 影响显象管（示波管）中电 子束的运动，外部的干扰信 号也不会穿过显象管进入设备内部。、显示屏可以覆盖一层导电薄膜、导电玻璃或夹有细金 属丝网的玻璃。、塑料壳内表面可以喷涂导电漆。导电漆是一种掺银粉 的高效导电聚内烯和聚氨酯涂料。8、双层屏蔽，干场场很强时,可采用双层屏蔽（例如：用干扰场强仪测量电视发射塔附近的辐射场强），采用双层屏蔽，要注意避免在屏蔽体内或两屏蔽层之间产生谐振。647 微型计算机的电磁泄漏及抑制技术 计算机主机及附属电子设备

32、（如显示器、键盘、打印机等），在工作时都会产生电磁辐射，图746是在显示器前测量的电磁辐射频谱（探头校准系数：6136dB），可以看出辐射频率主要在100MHz 以下，最大幅值(约67 MHz处）约93dB。这些辐射中携带有计算机正在处理的数据信息，很容易造成泄漏，使用专门的接收设备在几百米甚至1km外可以接受这些电磁辐射，经过处理就可以还原出原来的信息。1985年荷兰学者艾克在第三届计算机通信安全防护大会上，发表了有关计算机视频显示单元电磁辐射的研究报告，在现场做了用一台经过改装的黑白电视机接收计算机辐射泄漏信号的演示*，在国际上引起了强烈的反映。抑制计算机电磁泄漏的方法包括：一、常规的EM

33、C技术 包括屏蔽技术、滤波技术、接地技术等，在第六章中已经作了详细的介绍。也可以把计算机放在屏蔽室中。二、TEMPEST技术 “TEMPEST”是美国制定的一套保密标准，通俗点讲就是低辐射技术，按TEMPEST技术的要求，在设计和生产计算机设备时，就对可能产生电磁辐射的集成电路、元器件、连接线、主要部件采取防辐射措施，把电磁泄漏抑制到最低限度，具体措施包括：1、对晶振、CPU、内存、视频电路、信号传输线等强辐射 部位采用屏蔽、滤波、接地等技术，减少可能产生的电 磁辐射。2、尽量避免采用高辐射的器件。例如采用液晶显示器代 替CRT显示器，以减小视频辐射，采用光纤或同轴电缆 作信号线或电源线；采用

34、低辐射的数字电路器件；在元 器件、部件、机壳的表面喷涂吸波涂料吸收电磁能量等。3、尽可能采用低辐射的附属设备，研制 TEMPEST 键盘，TEMPEST显示器，TEMPEST打印机，TEMPEST绘图仪等 外设，与TEMPEST主机就可以组成安全的防信息泄漏的 计算机系统。三、视频保护（干扰）技术 包括白噪声干扰技术和相关干扰技术。1、白噪声干扰技术 利用白噪声干扰器产生强于计算机电磁泄漏的白噪声，将泄漏的信息掩盖，起到阻碍和干扰接收的作用。在实验室、办公室和信息处理、交换中心，用一台大功率的白噪声发生器放在计算机、通信、网络等设备旁边，白噪声发生器产生的噪声与这些设备泄漏的有用信息将混合在一

35、起，可以增大信息窃取者还原泄漏发射信息的难度。缺点：、由于要靠掩盖方式进行干扰，所以发射的功率必须足 够强，而太强的白噪声功率会造成空间的电磁波污染,对其它电子设备和人体影响较大。、白噪声发射的电磁波与计算机、通信、网络等设备泄 漏的电磁波没有相关性，因此虽然使用普通的接收机 不能还原信息处理设备泄漏的信息，但使用数字信号 处理技术，采用滤波或抑制解调、相关和线性累加等 方法仍可以从噪声中提取机密信息。白噪声干扰器是和电磁兼容要求相背离的，其发展和应用将受到一定的制约，只有在关键场合可以利用。2、相关干扰技术。相关干扰技术是使用相关干扰器发出能自动跟踪计算机电磁泄漏信号的相关干扰信号（主要是利

36、用相关原理，通过不同技术途径实现与计算机等视频终端设备的信息相关、频谱相关、行场频相关(同步)的宽带相关干扰信号)，使电磁辐射信号被扰乱，起到乱数加密的效果，使接收方接收到电磁辐射信号也无法解调出信号所携带的真实信息，从而有效地抑制信息泄漏。由于相关干扰不需靠掩盖电磁辐射信号来进行干扰，因此其发射功率无需很强，所以对环境的电磁污染也很小，减小了对其他电子设备的干扰。相关干扰器体积小，价格适宜，效果显著，使用简便，最为适合应用在单独工作的个人计算机上。3、类白噪声技术 对于一些不太重要的场所、或因缺乏经费、以及特殊战场环境等原因，不能购置白噪声发生器或相关噪声干扰器时，可以把计算机等信息处理设备

37、集中使用，让处理保密信息的计算机或设备放置在中央。这样该设备产生的电磁波和周围电器、电子设备产生电磁波混合在一起，窃取者也很难分离出该设备泄漏发射的保密信息。四、对信息进行加密或隐藏处理 对处理、传输的保密信息进行硬件、软件加密、数据隐藏、混沌和扩频处理等，这样即使信息被窃取也不能轻易的被解码。信息隐藏技术是将机要信息嵌入到载体中*（例如隐写技术和水印技术），而信号外在表现上与载体相似，从而实现隐蔽传输。信息隐藏技术与密码技术之间是互补的关系，在传输保密信息时，应先考虑将信息加密再进行隐藏，这样既保护了信息，又使信息不易被检测到。当保密信息嵌入到载体后，形成了隐秘载体。信息的还原方式有两种：一

38、种是需要载体的提取，即通过比较隐秘载体和载体来提取隐藏信息；另一种是不需要载体的提取，这种方式一般采用统计的方法来提取信息。基于图像的信息隐藏技术有两种：第一，基于时空域的隐藏技术，通常采用 LSB 嵌入法。第二，基于频率域的隐藏技术，通常是首先把载体变换到变换域，然后将信息隐藏在变换域的系数中。常用的变换域方法有：傅立叶变换、离散余弦变换、小波变换等。信息隐藏时应该注意以下两点：第一，在载体中嵌入一定大小的信息应具有隐蔽性。嵌入信息后，不会引起原始载体发生可感知的降质。嵌入的信息应该具有一定的鲁棒性棒性。第二第二，能够抵抗外来的攻击。在不同的应用中能够抵抗外来的攻击。在不同的应用中，对对这两

39、点考虑的侧重点是不同的。这两点考虑的侧重点是不同的。五、五、SoftSoft Tempest Tempest 防护功能防护功能 Soft TempestSoft Tempest是近是近几几年兴起的用计算机软件控制信息年兴起的用计算机软件控制信息泄漏的新技术。保密信息主要是文字、数字信息泄漏的新技术。保密信息主要是文字、数字信息，防止信防止信息泄漏就是如何防止这些文字信息被别人窃取。息泄漏就是如何防止这些文字信息被别人窃取。Tempest Tempest FontFont是一种有效防止文字信息泄漏的新方法。经过特殊处是一种有效防止文字信息泄漏的新方法。经过特殊处理理(减小字体的高频能量减小字体的

40、高频能量)的的Tempest FontTempest Font即使被即使被 TEMPEST TEMPEST ATTACK ATTACK 设备截获设备截获,也根本无法还原泄漏信息的内容。如图也根本无法还原泄漏信息的内容。如图 7 747477 75050，可以看出，可以看出,普通字体和普通字体和Tempest Font Tempest Font 字体字体对合法的使用者对合法的使用者,在主观上没有太大的差别。然而在图在主观上没有太大的差别。然而在图7 749497 75050中可以看到中可以看到,Tempest Font Tempest Font 字体和非字体和非 Tempest Tempest Font Font 字体的图像质量对窃取信息者的字体的图像质量对窃取信息者的影响很大。影响很大。图图7 74949是普通字体泄漏发射被TEMPEST ATTACK 设备重建的信息图像，图750是Tempest Font字体泄漏发射被TEMPEST ATTACK 设备重建的信息图像。在图 750 中，除了行同步信息的几根竖线条外，文字信息完全从屏幕中消失了。这说明Soft Tempest是一种防止信息泄漏发射有效的、廉价的新方法。