1. Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева
Факультет технической кибернетики и информатики
Направление 210200 «Проектирование и технология электронных средств»
Дисциплина «Информационные технологии электромагнитной совместимости ЭС»
Лекция №28 «Проблема электромагнитного
излучения от электронных средств и их
компонентов»
Автор - Чермошенцев С.Ф.
Казань 2008
2. Проблема электромагнитного излучения от электронных
средств и их компонентов
1. Электромагнитное излучение (ЭМИ) в электронных средствах, его
классификация.
2. Экспертные системы, предназначенные для прогнозирования ЭМИ.
3. Аспекты ЭМИ: аспект ЭМС; биоЭМС; защиты информации.
4. Стандартизация в области электромагнитного излучения.
5. Нормирование ЭМИ.
3. 1. Электромагнитное излучение (ЭМИ) в электронных
средствах, его классификация.
За последние десятилетия достижения в технологии производства интегральных
схем позволили резко увеличить тактовые частоты чипов и систем [33]. Для схем на
КМОП-элементах тактовые частоты на уровне чипов возросли с 2-5 МГц в начале
транзисторах 80-х до диапазона 50-100 МГц в 1992 г.. Тактовые частоты элементов
эмиттерно-связанной логики возросли с 50 МГц в 1975 г. до диапазонам 0,3-0,5 ГГц в
1992 г.. В середине 90-х появились арсенид галлиевые чипы с тактовыми частотами 6-8
ГГц
и
матрицы
из
более
500
вентилей
на
биполярных
транзисторах
с
гетеропереходами с рабочими тактовыми частотами более 10 ГГц. С учетом гармоник
высшего
порядка
частотные
составляющие
распространяющихся
сигналов
простираются до десятков ГГц [144].
По планам Semiconductor Industry Association с 1995 по 2010 год прогресс
электроники
должен
быть
существенным.
Например,
число
выводов
микропроцессорных интегральных схем увеличится с 512 до 1024, а емкость микросхем
оперативной памяти – с 64 Мбит до 64 Гбит. Тактовые частоты сигналов,
распространяющихся между микросхемой и платой, возрастут со 150 до 475 МГц, а
внутренние частоты микропроцессоров – с 330 МГц до 1,1 ГГц (рис. 5.1).
4. Однако уже сегодня некоторые из этих рубежей преодолены. При таком повышении
быстродействия сигналов и плотности межсоединений существенно увеличиваются
проблемы, обусловленные нарушением электромагнитной совместимости, что часто
является главной причиной, препятствующей росту быстродействия, плотности
монтажа и увеличению срока службы ЭС.
Еще недавно [72] о терминах «ЭМС» и «электромагнитные помехи» упоминалось, что
«они не получили широкого распространения», а теперь на эту тему проводятся
многочисленные Российские и международные симпозиумы и конференции [75, 102,
103].
5. Согласно ГОСТ Р 30372-95 «Совместимость технических средств электромагнитная.
Термины и определения» электромагнитное излучение от источника помехи – явление,
процесс, при котором электромагнитная энергия излучается источником помехи в
пространство в виде электромагнитных волн.
В отличие от распространения электромагнитного возмущения по проводам
(кондуктивная эмиссия), при котором в основном происходит влияние на работу самой
системы, распространение электромагнитных
помех через излучение оказывает
влияние и на саму систему, и на ее окружение [35].
Электромагнитные излучения (ЭМИ), генерируемые электронными средствами,
обусловлены
протеканием
дифференциальных
и
синфазных
токов.
В
полупроводниковых устройствах излучаемое электромагнитное поле образуется при
синхронном протекании дифференциальных токов в контурах двух типов. Один тип
контура формируется проводниками печатной платы или шинами, по которым на
полупроводниковые приборы подается питание. Другой тип образуется при передаче
логических сигналов от одного устройства к другому с использованием в качестве
обратного провода шины питания.
6. В отличие от этого излучение, вызванное синфазными токами, обусловлено
возникновением падений напряжения в устройстве, создающем синфазное напряжение
относительно земли. Кроме того, между проводящими частями конструкции могут
возникать
трудноконтролируемые
паразитные
емкостные
связи,
превращающие
внешние кабели в подобие антенн [24]. Также возникновение ЭМИ может быть
обусловлено особенностями в структуре межсоединений (рис. 5.2).
1)
2)
3)
4)
7)
5)
6)
Рис. 5.2. Механизм излучения от межсоединения.
1 - изменение радиуса; 2 - импедансная нагрузка; 3 - область источника;
4 - резкий изгиб; 5 - дисперсия на прямолинейном участке; 6 - плавное
искривление;
7 - отражение от разомкнутого конца.
7. Разные авторы предлагают различные способы моделирования электромагнитного
излучения от ЭС и их частей: например, в [24] предлагается следующую формулу для
вычисления напряженности излучаемого замкнутым контуром поля в дальней зоне:
1 1
E =1,3116 ⋅ f 2 ⋅ A ⋅ I ⋅ ⋅ ⋅sinΘ
r kE
(5.1)
где Е –напряженность поля, В/м; f – частота, МГц; А – площадь излучающего контура;
I – ток, А; r – расстояние, на котором производится измерение, м; kE – коэффициент
экранирования; sinθ – синус угла, под которым располагается измеряющее устройство
по отношению к плоскости излучающего контура (в наихудшем случае равен 1).
В других работах предлагаются формулы: для оценки уровня ЭМИ от кабелей [142];
для вычисления величины уровня ЭМИ от линии передачи [129]; для оценки ЭМИ от
двухпроводной линии [127]; для оценки ЭМИ от ЭС в целом [63].
Однако все эти формулы, несмотря на их простоту, как правило, не могут служить
инструментом для полноценного моделирования электромагнитного излучения от ЭС и
их частей по причине ограниченности их применения к другим объектам. Поэтому
возникает проблема прогнозирования ЭМИ от ЭС и их компонентов, решение которой
может быть произведено несколькими способами: аналитическими методами,
численными методы, экспертными системами. Ответ на вопрос, какой метод решения
уравнения поля лучше других подходит для анализа электромагнитных излучений в
большей степени зависит от конкретной задачи.
8. 2. Экспертные системы, предназначенные для
прогнозирования ЭМИ.
Экспертные системы не предназначены для непосредственного расчета поля, и
позволяют произвести оценку значений интересующих пользователя параметров,
основываясь на определенных правилах и имеющейся базе знаний. Приведем краткие
сведения об имеющихся на сегодняшний день у разработчиков ЭС экспертных систем.
Одной из первых экспертных систем, предназначенных для прогнозирования ЭМИ
является HardSys в [121]. HardSys работает с законченными системами электроники и
не рассматривает печатную плату как объект исследования. В базе данных для
хранения величины поля используется частотное представление. Окружающие поля,
также как пути эффективного экранирования
и восприимчивость компонентов,
классифицируются качественно. Основное предположение – то, что некоторые уровни
излучения могут потенциально привести к проблемам, но никакой количественной
оценки не дается.
9. «Инструмент
для
анализа
ЭМС
источников
питания»
[145].
Предполагает
переключающий характер источника электропитания, предназначен для обеспечения
прогнозирования ЭМС. Включает в себя редактор размещения, автоматической
трассировки, средство создания библиотеки компонентов, а также имитатор ЭМИ,
который создает модели для SPICE.
ATHENA – вспомогательное средство для инструмента размещения, разработанного
в пределах среды редактора размещения MENTOR GRAPHICS [116]. Данная система
объясняет эффекты линии электропередачи и переходные процессы, но для
прогнозирования ЭМИ не годится. Также она позволяет осуществлять моделирование
формы волны для выбранных межсоединений.
EMIcheck
–оценивает данное размещение элементов на печатной плате,
предоставляя пользователю список нарушенных правил [108].
«Советник правил проектирования для проектировщика» - разработан фирмой Zuken
Redac. Данный пакет имеет на входе набор правил, таких как допустимая площадь
контура
или
расположение
конденсаторов
развязки,
которые
поддерживаются
программным продуктом, но могут быть расширены собственными правилами.
10. Поскольку
процедуры
проектирования
ЭС
и
плат
становятся
все
более
автоматизированными, экспертные системы в области электромагнетизма будут играть
все более возрастающую роль. Тем не менее, экспертные системы не могут превзойти
свои собственные ограничения, обусловленные имеющейся базой знаний, основанной
на правилах, и маловероятно, что в ближайшее время они будут использоваться для
моделирования сложных электромагнитных взаимодействий [22].
11. 3. Аспекты ЭМИ: аспект ЭМС; биоЭМС; защиты
информации.
В настоящее время в проблеме ЭМИ можно выделить три аспекта: биологическая
ЭМС (биоЭМС), защита информации, конструктивная ЭМС [54]. Данные аспекты
появляются не на всех конструктивных уровнях ЭС (табл. 1) и
возникли не
одновременно, а постепенно: первым появился аспект ЭМС, затем – биоЭМС, затем –
защита информации.
Таблица 1
Условное изображение
ИС
Элементы, его образующие
Аспекты
Электромагнитная
совместимость
2.Защита информации
на
1.
1
Элемент,
межсоединение
печатной плате
1.
2
Печатная плата, соединение между
платами
Электромагнитная
совместимость
2.Защита информации
Электромагнитная
совместимость
2.Защита информации
3.БиоЭМС
1.
3
Устройство
Электромагнитная
совместимость
2.Защита информации
3.БиоЭМС
1.
4
Помещение
12. Аспект
ЭМС.
Некоторые
авторы
называют
этот
аспект
техническим
или
конструктивной ЭМС. Этот аспект проявляется в выходах из строя, сбоях и отказах ЭС
из-за воздействия ЭМИ. Один из первых подобных зарегистрированных случаев был
описан в 1927 году Федеральным управлением авиации США. Под действием помехи,
создаваемой системой зажигания самолета, его высотомер давал неверные показания
[72]. Пример данного аспекта можно также увидеть в нарушении работы устройства,
описанное
в
[21].
Источники
ЭМИ
могут
представлять
большую
угрозу
для
чувствительного оборудования самолетов различных типов и назначений [73]. Также
нежелательное ЭМИ может представлять большую опасность для электронных систем
управления автомобилем, в частности, вызывая серьезные повреждения на расстоянии
до 30 м [73]. Следует также отметить, что аппаратная часть современных ЭС (а именно
средств вычислительной техники) весьма чувствительна к воздействию помех и
незначительное, на первый взгляд, ЭМИ способно привести к ложному срабатыванию
микросхем [21, 132]. Другие примеры негативного влияния
приведены в [30, 112].
конструктивного аспекта
13. Аспект биоЭМС. В последние годы в научной литературе [23, 27, 36, 37, 52, 65, 71,
85, 96, 100, 101], появились термины, которые, к сожалению, отражают реальную
ситуацию: «энергетическое загрязнение», «магнитная паутина», «электромагнитный
смог», а Всемирной организацией здравоохранения введен термин «электромагнитное
загрязнение среды».
Данные публикации указывают на серьезные последствия для
человека воздействия на него электромагнитных полей. В них говорится, что ранние
нарушения, вызываемые электромагнитными полями, проявляются со стороны высшей
нервной
деятельности
чувствительны
к
и
биоэлектрической
электромагнитным
активности
полям
мозга
эндокринная,
[37].
Весьма
иммунная
и
воспроизводительная системы человека [65]. На развитие патологических реакций
организма
существенно
влияют
объем
поглощенной
энергии,
длительность
воздействия, область облучения и некоторые другие параметры (например, возраст и
образ жизни человека, факторы внешней среды) [96].
При рассмотрении аспекта биоЭМС обязательно появляется вопрос о рассмотрении
ЭМИ от видеодисплейных терминалов. В США проблема защиты пользователя от ЭМИ
данных терминалов
признана национальной. Прямые измерения
показали, что
пользователь постоянно находится в электромагнитном поле широкого диапазона
частот [37]. При этом непосредственно на рабочем месте значения могут превышать
допустимые уровни. Вопросы защиты человека от ЭМИ ЭС подробно анализируются в
[71].
14. Среди рекомендаций, приводимых в этой работе, следует отметить требования к
размещению ЭВМ в помещениях, условия
прокладки кабелей, требования к
заземлению. Для определения возможности ЭС нанести вред здоровью человека
посредством воздействия ЭМИ это излучение нормируется (подробнее см. 5.1.2).
Аспект защиты информации. Проблема утечки информации через побочные
электромагнитные излучения является самой «молодой» из перечисленных выше
аспектов проблемы ЭМИ (история открытых публикаций по этой проблеме насчитывает
каких-то полтора десятка лет [146]). Отчасти всплеск публикаций на тему защиты
информации от утечки через ЭМИ вызван, прежде всего, распространением
персональных компьютеров. Отечественному термину «побочные электромагнитные
излучения» в зарубежной литературе соответствуют два термина [6]:
1.TEMPEST;
2.компрометирующие излучения (compromising emanations).
TEMPEST (сокращение от Transient Electromagnetic Pulse Emanation Standard)
представляет собой стандарт на переходные электромагнитные импульсные излучения
работающих ЭС. В обиходе термин TEMPEST, употребляемый в Соединенных Штатах
используется, например, для обозначения процесса перехвата информации (TEMPESTатаки) и т.п. Европа и Канада в основном оперируют термином "компрометирующие
излучения".
15. Первое открытое описание TEMPEST-угрозы появилось в отчете ученого из Швеции К.
Бекмана в начале 80-х. Однако большее внимание к проблеме привлекла статья
голландского ученого В. Ван Эйка, опубликованная в 1985 году [118]. В этой статье автор
показал, что содержимое экрана монитора может быть восстановлено дистанционно с
помощью дешевого бытового оборудования – телевизионного приемника, в котором
синхронизаторы были заменены генераторами, перестраиваемыми вручную. Полученные
Ван Эйком результаты были подтверждены в [107]. Позднее, в 1987 году Смалдерс
показал, что даже экранированные кабели RS-232 (широко используемые в современных
ЭС) могут быть, в ряде случаев, прослушаны [140]. Середину 80-х можно назвать
переломным рубежом, после которого количество открытых публикаций по этой теме
стало неуклонно возрастать с каждым годом [28, 34, 61]. Проблема утечки информации
через ЭМИ стала исследоваться не только в закрытых военных ведомствах, но и в
гражданских организациях.
Однако нужно заметить, что не все создаваемые электромагнитные излучения опасны
с точки зрения аспекта защиты информации. Условно весь спектр излучений в [34] было
предложено разбить на потенциально информативные и неинформативные излучения.
Потенциально информативными ЭМИ называется совокупность составляющих спектра
ЭМИ, порождаемая протеканием токов в цепях, по которым передаются содержащие
конфиденциальную информацию сигналы.
16. Например, для персонального компьютера потенциально информативными являются
ЭМИ, формируемые следующими цепями [54]:
цепь, по которой передаются сигналы от контроллера клавиатуры к порту вводавывода на материнской плате;
цепи, формирующие шины данных системной шины компьютера;
цепи, формирующие шину данных внутри микропроцессора, и т.д.
Практически
в каждом ЭС существуют цепи, выполняющие вспомогательные
функции, по которым никогда не будут передаваться сигналы, содержащие закрытую
информацию. Излучения, порождаемые протеканием токов в таких цепях, являются
безопасными в смысле утечки информации. Для таких излучений вполне подходит
термин «неинформативные излучения». С точки зрения защиты информации они могут
сыграть положительную роль, выступая, в случае совпадения диапазона частот, в виде
помехи приему информативных ЭМИ (в литературе встречается термин «взаимная
помеха»).
Для персонального компьютера неинформативными ЭМИ являются излучения,
формируемые следующими цепями:
цепи формирования и передачи сигналов синхронизации;
цепи, формирующие шину управления и шину адреса системной шины;
цепи, передающие сигналы аппаратных прерываний;
внутренние цепи блоков питания компьютера и т.д.
17. Такая классификация ЭМИ с точки зрения защиты информации далеко не
бессмысленна, как это может показаться на первый взгляд. Она позволяет при анализе
ЭМИ от какого-либо ЭС, определить цепи, оптимизация (или защита) которых
необходима.
Следует также отметить, что ограничения на величину уровней ЭМИ с точки зрения
рассмотренных критериев отличаются друг от друга. И вопрос о нормировании уровней
ЭМИ заслуживает отдельного внимания.
Проведение исследований в области ЭМИ невозможно без рассмотрения и учета
действующей нормативной документации, ограничивающей величину ЭМИ.
На
сегодняшний день в мире существует большое количество организацией, в той или иной
мере
занимающихся
вопросами
стандартизации измерений
нормирования
электромагнитного
излучения
и
ЭМИ от различных источников. Для правильного выбора и
применения норм при разработке ЭС с учетом ЭМИ исследователю необходимо четко
ориентироваться в задачах и структуре этих организаций. Данные организации
различаются по многим параметрам: по возложенным функциям, по принадлежности
(национальные, общеевропейские, мировые) и т.д.
При рассмотрении проблемы ЭМИ необходимо четко представлять себе частотный
диапазон исследуемой проблемы. Он простирается от 0 Гц (статические поля) до 300
ГГц. Хотя инфракрасное, световое, ультрафиолетовое, рентгеновское излучения (и
далее)
также
имеет
электромагнитную
природу,
как
правило,
под
ЭМИ
в
рассматриваемой проблеме понимают электромагнитные поля и колебания именно в
отмеченном диапазоне.
18. На сегодняшний день для классификации ЭМИ в частотной области находят
применение три шкалы частот [100]:
радиотехническая, изложенная в Регламенте радиосвязи ;
медицинская, приведенная в документах Всемирной организации здравоохранения;
электротехническая,
предложенная
Международной
электротехнической
комиссией, которая является наиболее простой. Данная классификация и применяется в
работе.
По третьей шкале классификация электромагнитных полей выглядит следующим
образом:
низкочастотные от 0 до 60 Гц;
среднечастотные от 60 Гц до 10 кГц;
высокочастотные от 10 кГц до 300 МГц;
сверхвысокочастотные от 300 МГц до 300 ГГц.
Одновременное
использование
трех
шкал
частот
вызывает
определенные
разночтения в терминологии. Например, под термином «высокочастотное ЭМП» согласно
«радиотехнической» шкале понимается колебание в диапазоне от 3 до 300 МГц, согласно
«медицинской» шкале – от 200 кГц до 30 МГц, «электротехнической» - от 10 кГц до 300
МГц.
19. Наибольшее значение для проблемы ЭМС в целом и ЭМИ в частности имеют
стандарты Международной электротехнической комиссии (МЭК) и Специального
Международного Комитета по радиопомехам (СИСПР). МЭК была основана в 1906 году и
ее состав в настоящее время включает национальные комитеты из более чем 50 стран,
включая все промышленные и все большее число развивающихся стран. Для работы в
конкретных областях техники МЭК имеет приблизительно 200 комитетов и подкомитетов,
из которых около 50 сталкиваются с проблемой ЭМС в той или иной степени. Эти
комитеты и подкомитеты представляют результаты своей работы в форме стандартов
или технических докладов [49].
МЭК издает «Публикации» и «Рекомендации», которые публикуются на английском и
французском языках и носят статус международных стандартов. На основе этих
материалов разрабатываются региональные и национальные стандарты. Публикации
МЭК относятся, главным образом, к методам измерения параметров радиосредств и
радиокомпонентов.
Разработка
основополагающих
базовых
стандартов
электромагнитной совместимости, которые охватывают главные и общие для всех видов
продукции аспекты (терминология, описание электромагнитной обстановки, техника
измерений и испытаний и т.д.) сосредоточена в техническом комитете ТК77 МЭК
«Электромагнитная совместимость» и в СИСПР, который входит в состав МЭК. На
основе этих документов технические комитеты, специализированные по видам техники,
подготавливают так называемые «продуктовые» стандарты на ЭМС по закрепленным за
ними направлениям, конкретизирующие требования базовых стандартов с учетом
специфики, условий применения и функциональных требований к конкретным видам
компонентов, подсистем и систем. ТК77, созданный в 1973 году, является комитетом с
горизонтальными функциями и ответственен за базовые (основополагающие) стандарты
в области ЭМС, которые имеют всеобщее применение, а также за общие
(универсальные) стандарты по ЭМС [50].
20. 4. Стандартизация в области электромагнитного
излучения.
Стандарты
ЭМС
для
систем
контроля
и
управления
производственными
процессами и их составных частей, таких как программируемые контроллеры,
создаются в подкомитетах ПК 65А и ПК65В технического комитета ТК 65 МЭК
«Измерение и управление в промышленных процессах» [56].
Первая серия стандартов на электромагнитную совместимость оборудования – «IEC
801-1/2/3/4. Electromagnetic compatibility (EMC) for industrial process measurementand
control equipmemt» Электромагнитная совместимость оборудования контроля и
управления производственными процессами» была выпущена техническим комитетом
ТК65 МЭК еще в 80-ые годы ХХ века и широко использовалась при испытаниях этого
оборудования. В настоящее время все основные требования стандартов серии IEC 801
были включены в стандарты серии IEC 61000, а специфичные требования, связанные с
оборудованием контроля и управления - в стандарт IEC61326.
21. Разработанный в последние годы ТК65А стандарт «IEC 61326. EMC requirements for
electrical equipment for measurement, control and laboratory use» Требования ЭМС для
электрического
оборудования
для
измерений,
управления
и
лабораторного
использования» и дополнение № 1 к нему определяют, в частности, требования к уровню
ЭМИ, создаваемого оборудованием.
В настоящее время в ПК65В в соответствии с принятым в МЭК пятилетним циклом
проверки стандартов ведется разработка новой редакции стандарта IEC 61131-2.
«Programmable controllers. Part 2. Equipment requirements and tests/ Программируемые
контроллеры. Часть 2. Требования к аппаратной части и испытания». Сравнение
действующей
и
программируемых
новой
редакций
контроллеров
IEC
международного
1131-2
стандарта
свидетельствуют
на
о
аппаратуру
существенном
повышении требований к электромагнитной совместимости для систем управления [56].
В большинстве государств – членов МЭК существуют органы, соответствующие ТК77,
СИСПР или комитетам по видам продукции, которые решают вопросы ЭМС на
национальном уровне [50].
СИСПР, основанный в 1934 году, является также комитетом с горизонтальными
функциями и ответственен прежде всего за защиту радио и телевещания от помех.
Однако в настоящее время он расширил поле своей деятельности в части разработки
стандартов ЭМС на виды продукции, например на оборудование информационной
технологии и бытового применения [50].
22. Результаты работы комиссий СИСПР публикуются в качестве рекомендаций, которые
предлагаются соответствующим национальным организациям (например, комитету
VDE/DKE 761 (Германия) или комитету ANSI C 63 (США)) для введения в качестве
национальных норм. Чаще всего между рекомендациями СИСПР и национальными
нормативами нет существенных различий или разработчики рекомендаций стремятся
свести эти отличия к минимуму. СИСПР является добровольной организацией и его
«Публикации» носят рекомендательный характер, на основе которых разрабатываются
документы, имеющие законную силу.
Сфера деятельности СИСПР лежит в следующих областях:
защита приемников радиосигналов от воздействия источников помех, таких как
электрические приборы всех типов, системы зажигания, электрические генераторы,
электрифицированные транспортные системы, промышленная, научная и медицинская
аппаратура, радиовещательные телевизионные приемники.
оборудование и методы измерения радиопомех;
предельные нормы на уровни радиопомех от источников, отмеченных выше;
предельные нормы на уровни восприимчивости вещательных и телевизионных
приемников,
подверженных
восприимчивости.
влиянию
радиопомех
и
развитие
методов
оценки
23. Для обеспечения координации работ всех этих органов МЭК в части разработки
стандартов ЭМС, а также для выдачи рекомендаций для комитетов по видам продукции
был создан специальный Консультативный совет по электромагнитной совместимости
ACEC (от англ. Advisory Committee on Electromagnetic Compatibility).
Международная деятельность по стандартизации в области ЭМС не ограничивается
рамками МЭК. Другие многочисленные международные организации также принимают
участие в данной работе. К ним относятся:
ИСО (международная организация по стандартизации);
CIGRE (международная конференция по большим электрическим системам);
UNIPEDE
(Международное
объединение
производителей
и
распределителей
электрической энергии);
ITU (Международный союз дальней связи);
OILM (Международная организация по законодательной метрологии) [51].
Данные организации разрабатывают специфичные стандарты для своей области
деятельности, которые, если они касаются вопросов ЭМС, могут также служить основой
для документов по стандартизации в рамках МЭК. Работа по стандартизации в области
ЭМС также выполняется в региональных организациях, таких как Европейский комитет по
стандартизации в области электротехники [50].
24. 5. Нормирование ЭМИ.
Нормирование ЭМИ во всех странах мира осуществляется правительственными
органами, и правительством обычно непосредственно контролируется аппаратура для
связи и вещания и крупное промышленное оборудование. Бытовая техника иногда под
надзором правительства исследуется в лаборатории электробезопасности, а иногда
санкционируется непосредственно правительством.
В табл. 2 отражена практика
нормирования ЭМИ в различных странах. В более наглядной форме взаимодействие
между различными стандартизирующими организациями в области ЭМС представлено
на рис. 5.3 [51].
25. Национальные
организации
Комитет действия МЭК
ACEC
ТК 77
Комитеты
по видам продукции
СИСПР
Стандарты на конкретные
виды продукции
Базовые, универсальные стандарты продукции
Взаимодействие МЭК
CIGRE
UNIPEDE
ITU
Международные
организации
ИСО
CENELEC
Региональные
организации
OIML
Другие
Профессиональные
организации
Рис. 5.3. Организация работы в области ЭМИ в рамках МЭК
26. Организация нормирования ЭМИ в различных странах
Страна
Япония
Правила
Реальное положение
Таблица 2
Контролирующая
организация
Радиоволновый
метод
Измеряются помехи в диапазоне радиочастот,
связанные с приемом сигналов связи и вещания
Министерство почт и
телекоммуникаций
Метод
контроля
электротехнических
изделий
Измеряются радиопомехи, связанные с бытовыми
электрическими и электронными устройствами
Министерство торговли и
промышленности
США
FCC
Измерения проводятся на основе главы 2 части 15:
радиоаппаратура,
подчасти
I:
измерительная
аппаратура и части 18: промышленная, научная и
медицинская аппаратура
Федеральная
(FCC)
Германия
FTZ VDE
Организация VDE под контролем министерства
связи (FTZ) проводит испытания по стандартам VDE
НИИ министерства связи
Великобритания
BS
Лаборатории фирм ATL и BSI проводят испытания
по стандартам BS
Почтовое ведомство,Ведомство
бытовой аппаратуры
Франция
NF
Лаборатория ICIE проводит испытания по стандарту
C91-100
Правительственный орган
Канада
CSA
Аппаратура обработки информации и электронная
аппаратура испытывается по стандартам CSA, С108,
8
Ведомство связи
Швейцария
PTT
Лаборатория SEV проводит испытания, например, по
стандарту ASE 1001
Министерство связи
Швеция
SEN
Испытания проводятся, например, по стандарту
SEN4703
Правительственный орган
Россия
Экспериментальные
методы
Испытания проводятся по ГОСТ
Федеральное
агентство
по
техническому регулированию и
метрологии (Госстандарт)
комиссия
связи
27. В
соответствии
с
Законом
Российской
Федерации
«О
стандартизации»
государственное управление стандартизацией в области ЭМС технических средств в РФ
осуществляет Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (до
2004 года называлось Госстандартом России). Для организации и осуществления работ
по стандартизации в области ЭМС решением Госстандарта России создан Технический
комитет по стандартизации в области ЭМС технических средств – ТК 30. К работе в ТК 30
на добровольной основе привлекаются специалисты по стандартизации в области ЭМС,
представляющие ведущие предприятия и организации по стандартизации. ТК 30
проводит работы в рамках деятельности ТК 77 и СИСПР. Функции секретариата ТК 30
возложены на Государственный центр стандартизации, метрологии и сертификации в
области ЭМС. Деятельность ТК 30 при разработке государственных стандартов
регламентируется ГОСТ Р 1.02-92 и ГОСТ Р 1.2.-92. В составе ТК 30 организованы и
функционируют 11 подкомитетов (ПК) [83]:
ПК 1. Стандартизация общеметодологических вопросов ЭМС технических средств.
ПК 2. Стандартизация средств измерений м метрологического обеспечения в области
ЭМС технических средств.
ПК 3. Стандартизация в области ЭМС и средств радиотехники.
ПК 4. Стандартизация в области ЭМС электрических сетей, электрооборудования и
систем управления технических средств.
ПК 5. Стандартизация в области ЭМС изделий электронной техники.
28. ПК 6. Стандартизация в области ЭМС средств вычислительной техники и систем
управления.
ПК 7. Стандартизация в области индустриальных радиопомех.
ПК 8. Стандартизация в области ЭМС на объектах и в локальных группировках.
ПК 9. Стандартизация в области материалов, элементов, средств и методов защиты
от помех.
ПК
10.
Стандартизация
параметров
электромагнитной
обстановки
обитания
(требований электромагнитной экологии).
ПК 11. Стандартизация в области устойчивости к электромагнитному импульсу
высотного ядерного взрыва.
В табл. 3 приведен перечень Государственных стандартов, относящихся к проблеме
ЭМИ от ЭС и/или их компонентов. Необходимо отметить, что термин ЭМИ, широко
используемый в информационных технологиях и системах управления, данными
стандартами определяется как «Индустриальные радиопомехи». Согласно данным
стандартам, индустриальные радиопомехи – обобщенное понятие, обозначающее
создаваемые техническими средствами высокочастотные излучаемые и кондуктивные
электромагнитные помехи, спектральные составляющие которых находятся в полосе
радиочастот (исключая излучения высокочастотных трактов радиопередатчиков).
29. При анализе этих стандартов видно, что подавляющее большинство из принятых в
последнее время полностью повторяют текст зарубежных стандартов (в обозначениях
государственных стандартов после цифр 51317 или 51318 приведены, после точки,
дополнительные цифры, указывающие части и разделы стандартов МЭК серии 61000 и
номера публикаций СИСПР). Принятие данных стандартов в таком виде позволяет
устранить отставание отечественной нормативной документации в области ЭМС от
международной, которое имело место до 1999 года, а также ускорить интеграцию
производителей ЭС Российской Федерации в общеевропейское и общемировое
сообщества.
А
даты
принятия
стандартов
показывают
актуальность
проблемы
нормирования нежелательного ЭМИ от ЭС и их компонентов.
Как уже отмечалось в разделе 5.1.1, проблема ЭМИ имеет три аспекта, стандарты и
нормы
для
которых
различны.
Стандарты,
приведенные
в
табл.3,
отражают
«технический» аспект проблемы ЭМИ. Для аспекта биоЭМС (некоторые авторы иногда
называют
этот
аспект
электромагнитной
безопасностью),
система
стандартов
складывается из Государственных стандартов и Санитарных правил и норм (СанПиН).
30. Обозначение
Наименование
ГОСТ Р 51317.2.5-2000
Совместимость
технических
средств
электромагнитная.
Электромагнитная
электромагнитных помех в местах размещения технических средств.
обстановка.
Классификация
ГОСТ Р 51317.6.3-99
(МЭК 61000-6-3-96)
Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в жилых,
коммерческих зонах и производственных зонах с малым энергопотреблением. Нормы и методы испытаний.
ГОСТ Р 51317.6.4-99
(МЭК/СИСПР 61000-64-96)
Совместимость технических средств электромагнитная. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в
промышленных. Нормы и методы испытаний.
ГОСТ Р 51318.11-99
(СИСПР 11-97)
Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных,
медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Нормы и методы испытаний.
ГОСТ Р 51318.15-99
Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от электрического светового и
аналогичного оборудования. Нормы и методы испытаний.
ГОСТ Р 51318.22-99
(СИСПР 22-97)
Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от оборудования информационных
технологий. Нормы и методы испытаний.
ГОСТ Р 51319-99
Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех.
Технические требования и методы испытаний.
ГОСТ Р 51320-99
Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических
средств – источников индустриальных радиопомех.
ГОСТ 23611-79
Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Термины и определения.
ГОСТ 30372-95
Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
ГОСТ 19542-93
Совместимость средств вычислительной техники электромагнитная. Термины и определения.
ГОСТ Р 50397-92
Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.
ГОСТ 14777-76
Радиопомехи индустриальные. Термины и определения.
ГОСТ 29192-91
Совместимость технических средств электромагнитная. Классификация технических средств.
ГОСТ 23872-79
Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических
характеристик.
ГОСТ 29037-91
Совместимость технических средств электромагнитная. Сертификационные испытания. Общие положения.
ГОСТ 22012-82
Радиопомехи индустриальные от линий электропередачи и электрических подстанций. Нормы и методы измерений.
ГОСТ 22505-97
Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от радиовещательных
приемников, телевизоров и другой бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Нормы и методы испытаний.
31. Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия
электромагнитных полей входят в группу «Системы стандартов безопасности труда» –
комплекс стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленных на
обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в
процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат:
требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов;
предельно допустимые значения параметров и характеристик;
общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты
работающих.
Государственные стандарты России в области электромагнитной безопасности
приведены в табл. 4.
Таблица 4
Государственные стандарты РФ в области биоЭМС
Обозначение
Наименование
ГОСТ 12.1.002-84
Система
стандартов
безопасности
труда.
Электрические
поля
промышленной частоты. Допустимые уровни напряжённости и требования
к проведению контроля
ГОСТ 12.1.006-84
Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля
радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к
проведению контроля
ГОСТ 12.1.045-84
Система стандартов безопасности труда. Электростатические поля.
Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению
контроля
32. Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более
подробно и в более конкретных ситуациях облучения, а также к отдельным видам
продукции. По своей структуре включают те же основные пункты, что и Государственные
стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы
сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной
обстановки и проведению защитных мероприятий [148]. Из достаточно большого
количества данных норм отметим нормы, относящиеся к проблеме ЭМИ (табл. 5).
Таблица 5
Обозначение
Наименование
Дата принятия
СанПиН
2.2.4/2.1.8.055-96
Санитарные
правила
и
нормы. Утв.08.05.96.
Электромагнитные излучения радиочастотного ГКСЭН
диапазона
СанПиН
2.2.2.542-96
Гигиенические требования к видеодисплейным Утв.14.07.96.
терминалам,
персональным
электронно- ГКСЭН
вычислительным машинам и организации работы
33. В основе установления предельно допустимых уровней лежит принцип пороговости
вредного действия электромагнитных полей. В качестве предельно допустимых уровней
электромагнитных полей принимаются такие значения, которые при ежедневном
облучении в свойственном для данного источника излучения режимах не вызывает у
населения без ограничения пола и возраста заболеваний или отклонений в состоянии
здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования в период облучения
или в отдаленные сроки после его прекращения [148].
В части требований ГОСТов и СанПиН по проведению контроля записано, что
контроль уровней электрического поля осуществляется по значению напряженности
электрического поля - Е, В/м. Контроль уровней магнитного поля осуществляется по
значению напряженности магнитного поля – Н, А/м или значению магнитной индукции - В,
Тл. В зоне сформировавшейся волны контроль осуществляется по плотности потока
энергии, Вт/м2.
При этом в создании норм, касающихся аспекта био-ЭМС, можно проследить две
тенденции: стремление установить более жесткие нормы, закладывая в них большие
коэффициенты запаса и возможности проявления пока научно не установленных
механизмов влияния на здоровье, например, слабых, по длительности действующих
полей промышленной частоты, и стремление оценить реальную опасность полей для
здоровья человека и на этой базе пересмотреть существующие и обосновать новые
нормы по допустимым напряженностям полей и ограничениям пребывания человека в
них [37].
34. Появление этих тенденций тесно связано с экономическими аспектами, так как
соблюдение санитарных и строительных норм по допустимым напряженностям полей,
обеспечение нормированных зон отчуждения для линий электропередачи и так далее,
сопряжено с большими материальными затратами.
Практические рекомендации по предотвращению нежелательного ЭМИ в аспекте
защиты информации даны
в материалах Гостехкомиссии при Президенте РФ.
Организационно-технические вопросы обеспечения информационной безопасности в
США изложены в «Оранжевой книге». Также в США действует национальный стандарт
TEMPEST, входящий в Директиву № 4 Национального комитета по коммуникационной
безопасности. Он содержит инструкции федерального агентства по защите от
компрометирующих излучений информации, соответствующей тому или иному классу
секретности. Этот документ также известен как NACSIM 5100А.
Кроме этого, существуют еще и другие документы (их более 30). Вот некоторые из
них:
NACSIM 5000, TEMPEST Fundamentals (Теория TEMPEST), принятый в 1982 году и
имевший до последнего времени гриф "конфиденциально".
NACSIM 5009, Technical Rational: Basis for Electromagnetic Compromising Emanations
Limits, имеющий гриф "конфиденциально".
NACSIM 5109, TEMPEST Testing Fundamentals (TEMPEST : Теоретические основы
тестирования), принятый в марте 1973 года.
NACSIM 5203, Guidelines for Facility Design and RED/BLACK Installation, принятый в
июне 1982 года, гриф "конфиденциально".
35. NTISSI 7000, National Telecommunications and Information Systems Security Instruction,
TEMPEST
Countermeasures
for
Facilities
(Безопасность национальных коммуникаций и информационных систем,
TEMPEST: средства проведения измерений), принят в октябре 1988 года.
NTISSP 300, National Telecommunications and Information Systems Security Policy,
National
Policy
on
the
Control
of
Compromising
Emanations
(Политика
безопасности национальных коммуникаций и информационных систем. Национальная
политика контроля компрометирующих излучений), принятый в 1988 году.
DOD
Директива
C-5000.19,
Control
of
Compromising
Emanations
(Контроль
компрометирующих излучений), датированная февралем 1990 года.
Американскому
стандарту NACSIM
5100A эквивалентен
стандарт
НАТО AMSG
720B Compromising Emanations Laboratory Test Standart (Стандарт на лабораторные
испытания по раскрытию информации, содержащейся в излучениях работающих ЭС).
Позже, в 1982 году, стандарт AMSG 720B был пересмотрен и принят новый,
"облегченный", вариант. В Великобритании аналогом NACSIM 5100A и AMSG 7 является
стандарт BTR/01/202, который также имеет упрощенный вариант BTR/01/210.
36. В РФ действуют следующие нормативные документы, регламентирующие аспект
защиты информации:
"Методика контроля защищенности объектов АСУ и ЭВМ" (НИИ АА 1979 г.).
"Сборник норм защиты информации от утечки за счет побочных электромагнитных
излучений и наводок", (Гостехкомиссия России, 1998 г.).
"Сборник методических материалов по проведению специальных исследований
технических средств АСУ и ЭВМ" (НИИ АА, 1977 г.), принят Гостехкомиссией РФ в
качестве основной методики проведения специальных исследований.
Однако необходимо иметь в виду, что открытыми с режимных соображений являются
лишь немногие нормативные документы и поэтому, список их, приведенный здесь, далеко
не полон.
Следует заметить, что процесс пересмотра норм по различным аспектам ЭМИ в
настоящее время является чрезвычайно динамичным [49, 66].
К сожалению, ни один из существующих на сегодняшний день стандартов по любому
из аспектов ЭМИ не содержит методики расчета (даже приблизительной), позволяющей
оценить уровень нежелательного ЭМИ от ЭС и/или компонентов. Отчасти это
объясняется тем, что разработчикам нормативной документации зачастую не успеть за
стремительным развитием электронных средств и их компонентов. Но прежде, чем
перейти к рассмотрению методики прогнозирования ЭМИ, рассмотрим методы, которые
используются при ее создании.
37. Контрольные вопросы:
1.Какими особенностями в структуре межсоединия вызывается электромагнитное
излучение?
2.Поясните принцип работы экспертной системы в задаче оценки параметров ЭМИ?
3.Какие принципиальные ограничения имеют экспертные системы?
4.В чем отличие ЭМИ, вызванное протеканием синфазных и дифференциальных
токов?
5.Какие аспекты можно выделить в проблеме ЭМИ?
6.Поясните смысл аспекта защиты информации в проблеме ЭМИ ЭС?
7.Охарактеризуйте потенциально информативные и неинформативные ЭМИ?
8.Стандарты каких стандартизирующих организаций являются определяющими для
разработчиков ЭС?
9.Поясните практику нормирования ЭМИ в различных странах?
10.Назовите организацию в РФ, курирующую работу по стандартизации в области
ЭМС?
