硬件工程师培训电磁兼容设计fengxhPPT课件
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成立于1934年，最高机构：全体会议，每三年 一次
第2页/共78页
电磁兼容标准3
• 跨国电气电子工程师学会（IEEE)
1963年由美国无线电工程师学会、美国电气工程师学会 及美国电子工程师学会合并而成
第3页/共78页
电磁兼容标准4
• 美国国家标准委员会（ANSI）
ANSI-American National Standard Insititute 协调并指导美国全国的标准化活动，提供国内外标准化 情报，同时起着行政管理机关的作用
电磁兼容标准1
• 国际电工技术委员会（IEC)
IEC-International Electrotechnical Commission 成立于1906年，常设机构：总办公室，位于日内 瓦
第1页/共78页
电磁兼容标准2
• 国际无线电干扰特别委员会（CISPR)
CISPR-The international special committee on radio Interface
书的部分产品不得出厂、进口和销售。 ▪ 国内EMC标准主要参考IEC标准和欧洲ETSI标准
第6页/共78页
EMC标准体系表
基础发射标准
基础标准
通用发射标准
通用标准
B类 A类 环境 环境
产品类标准
第7页/共78页
基础抗扰标准 通用抗扰标准
A类 B类 环境 环境
基础标准
• 基础标准是制定其它EMC标准的基础，一般 不涉及具体的产品。
第30页/共78页
两个重要概念
✓实际的地（线或平面）一般并不是等电位的 ✓电路中的回流总是自动走最小阻抗的路径
第31页/共78页
导线的阻抗
Z = RAC+ jwL
l
RAC = l/σ*SAC
L=0.2 *l *ln(2.3 *4l/d – 0.75)(μH)
考虑趋肤效应时，
r
RAC = 0.076rf 1/2RDC
第41页/共78页
地的拓扑结构－浮地
不与大地连接，如TV、PDA、掌上设备等 优点：与外部隔离良好不易受外地系统的干扰影响 缺点：容易积累静电，产生静电干扰，还有可能产生危险电压
第42页/共78页
地的拓扑结构－单点接地
几部分电路模块的地串接后通过一个点与大地连接 优点：设计简单，容易实现 缺点：存在共阻抗耦合，各个模块会互相干扰；尤其对高频信号，由于接地线的传输线效应，会严重影响信号
▪ 直接放电包括接触放电和非接触放电 ▪ 人体与大地零电位有4KV的静电很正常
第14页/共78页
静电放电抗扰度试验3
❖ 试验实施
▪ 接触放电使用尖形放电电极，空气放电使用圆形放电电极 ▪ 优先采用接触放电 ▪ 直接放电试验，放电电极直接对被测试设备进行放电，试验
对象包括用户在使用中可能触及到的任何地方以及在带电维 护和校正时可能触及的地方。如：金属簧片、机壳、按键、 螺丝、指示灯、开关等 ▪ 间接放电试验可对水平耦合板和垂直耦合板进行放电 ▪ 试验速率1此/秒，每个放电点至少在正负极性各放电10次
由于地导线阻抗而产生地压降
Vg
第35页/共78页
地环路
如何减小地环路的影响1
改变接地方式
源
负载
源
负载
电路单点接地示意图
电路混合接地示意图
第36页/共78页
如何减小地环路的影响2
采用隔离变压器
为了消除分布电容的影响，通常会采用右图中的接法。
第37页/共78页
如何减小地环路的影响3
采用光耦器件
有效滤除了直流干扰
1.居住、商业和轻工业环境 2.工业环境
第10页/共78页
产品类标准
▪ 产品类标准针对某类产品规定了特殊的电磁兼容要求以及详细的测量程序。 ▪ 产品类标准比通用标准包含更多的特殊性和详细的规范，其测量方法和限值
必须与通用标准相互协调。
第11页/共78页
抗扰度试验结果判定
❖ 试验结果判定
a. 在试验过程中，设备的工作完全正常 b. 在试验过程中，设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低，
评定电子通信设备或系统受到电磁辐射干扰时的性能
❖ 试验设备
电波暗室－－半电波暗室和全电波暗室 功率放大器 射频信号发生器
第17页/共78页
❖ 试验的实施 射频电磁场辐射抗扰度试验3
1.用1KHz的正弦波对干扰信号进行80％的幅度调制后，在80～1000MHz频率范围内 进行扫频测量，扫描步长为前一频率的1％，这一部分都通过计算机及软件控制实现
Surge Immunity Test
IEC61000-4-5 EN61000-4-5 GB/T17626.5
第22页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验2
❖ 试验目的
评价被测设备遭受电力线路和互连线路上大能量骚 扰的性能。此试验一般用来模拟被测试设备在不同 环境下遭到的间接雷击，或开关切换过程中所造成 的电压和电流浪涌
第20页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验3
❖ 试验的实施
1.对交直流电源端口的试验一般采用耦合、去耦网 络，如果不能使用耦合/去耦网络时，可以使用容性 耦合夹。试验电压应该通过耦合/去耦网络施加到保 护地上
2.对I/O端口及通信端口的试验，采用容性耦合夹
第21页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验1
第24页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度1
Immunity to conducted disturbances,induced by radiofrequency field
IEC61000-4-6 EN61000-4-6 GB/T17626.6
第25页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度2
第12页/共78页
静电放电抗扰度试验1
Electromagnetic Discharge Immunity Test
IEC61000-4-2 EN61000-4-2 GB/T17626.2
第13页/共78页
静电放电抗扰度试验2
❖试验目的 模拟操作人员或物体在接触设备时放电及人 或物体对临近物体的放电，以考察被试设备 抵抗静电放电干扰能力。前者通过导体直接 耦合，属于直接放电，后者通过空间辐射耦 合，属于间接放电。
导线越短、截面积越大，导线的阻抗越小
第32页/共78页
导线的阻抗实例
频率 Hz 10Hz
d = 0.65 cm 10cm 1m 51.4μ 517 μ
d = 0.27 cm 10cm 1m 327 μ 3.28m
d = 0.06 cm 10cm 1m 5.29m 52.9m
d = 0.04 cm 10cm 1m 13.3m 133m
但撤销干扰后，设备的功能可以自动恢复正常 c. 在试验过程中，设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低，
但撤销干扰后，设备的功能需要人工复位后才能恢复 d. 在试验过程中，受干扰的设备产生了不可逆转的损伤，包
括元器件损坏、软件或数据丢失等 测试评估
对于a，判为合格。对于d，判为不合格。 瞬态干扰（雷击、浪涌等）中，b合格，c不合格。
1KHz 429 μ 7.14m 632 μ 8.91m 5.34m 53.9 14m 144m
100K 42.6 m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07
1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10
783m 10.6
5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50
第15页/共78页
射频电磁场辐射抗扰度试验1
Radiated,radiofrequency,electromagnetic field immunity test
• IEC61000-4-3 • EN61000-4-3 • GB/T17626.3
第16页/共78页
❖ 试验目的 射频电磁场辐射抗扰度试验2
第23页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验3
❖ 试验的实施
1.选择与被测试端口相应的耦合网络。电源端口、 无屏蔽通信线路端口、无屏蔽互连线路端口都有相 应不同的耦合网络
2.在每个选定部位上，正负极性的干扰至少要各 加5次，每次间隔1min 3.浪涌冲击必须加到线～线和线～地，进行线～地 试验时，如果没有其它规定，试验电压必须逐次施 加到每一组线～地之间
3.86 53
10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106
50M 21.3 356 27
414 35.7 500 38.5 530
100M 42.6
54
71.4
77
150M 63.9
81
107
115
第33页/共78页
地环路问题1
第34页/共78页
地环路
地环路问题2
第38页/共78页
如何减小地环路的影响4
▪ 采用共模扼流圈 滤除了交流干扰，直流干扰仍然存在
第39页/共78页
地线问题－共阻抗耦合
两个电路的电流都流经同一负载（导线）会造成两部分电路互相干扰，这就是 共阻抗耦合
电路1
电路2
VN
第40页/共78页
地的拓扑结构
➢ 浮地 ➢ 单点接地 ➢ 多点接地 ➢ 混合接地
IEC61000-4-4 EN61000-4-4 GB/T17626.4
第19页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验2
❖ 试验目的
评估通讯设备的供电电源端口、信号和控制 端口在受到重复的快速瞬变脉冲群干扰时的 性能，验证通讯和电子设备对来自操作暂态 过程（如开断感性负载、继电器触头弹跳等） 中的各种类型瞬变扰动的抗扰性
2.每一频点上扫描停留时间不应短于受试设备操作和反应所需的时间，一般设为1秒， 如果对产品有特别要求，可以延长停留时间
3. 受试设备应该在发射天线的水平和垂直极化下分别进行测试
第18页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验1
Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test
❖ 试验目的
评估通讯和电子设备的供电电源端口、信号 和控制端口在受到射频电磁场感应的传导骚 扰信号干扰时的性能
第26页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度3
❖ 试验的实施
1.试验过程中，被测设备放置在高于地参考面0.1m 的绝缘支架上，应对设备的每一个端口进行测试
2.用1KHz的正弦波对干扰信号进行80％的幅度调 制后，在0.15～80MHz频率范围内进行扫频测量， 扫描步长为前一频率的1％，这一部分都通过计算机 及软件控制实现 3.每一频点上扫描停留时间不应短于受测设备的操 作和反应所需的时间，一般设为1秒，如果有特别要 求 ， 可 以 延 长 停 留 时第间27页/共78页
IEC61000-4-4 电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验
IEC61000-4-5 浪涌（冲击）抗扰度试验
IEC61000-4-6 对射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
IEC61000-4-8 工频磁场抗扰度试验
-4-11 电压暂降、短期中断和电压变化抗扰度试验
第9页/共78页
通用标准
▪ 通用标准是对给定环境中所有产品的最低要求 ▪ 如果某种产品没有产品类标准，则可以使用通用标准 ▪ 现在国内的机顶盒就是采用通用标准 ▪ 通用标准把环境分为两大类：
• 基础类标准规定了现象、环境特征、试验和 测量方法、试验仪器和基本试验装置，也规 定不同的试验等级及相应的试验电平。
第8页/共78页
重要的基础标准系列（IEC61000
系列）
标注编号
名称
IEC61000-4-1 抗扰度试验综述
IEC61000-4-2 静电放电抗扰度试验
IEC61000-4-3 辐射（射频）电磁场抗扰度试验
接地设计技术
第28页/共78页
什么是地？
➢电子工程师：地是电路的基准电压 ➢结构工程师：地是设备的金属外壳 ➢电工：地是大地，就是地球
第29页/共78页
地的分类
• 安全地 • 系统地 • 模拟地 • 数字地 • 功率地 • 保护地 • 屏蔽地
这些“地”相互之间并不是独立的，是有联系的，有时候是统 一的
传输
第43页/共78页
地的拓扑结构－多点接地
几个电路模块分别各自接到大地上，并联接地 优点：不存在共阻抗耦合，避免高频干扰问题 缺点：存在地环路，接地点多，不容易实现
第44页/共78页
地的拓扑结构－混合接地
对低频模块使用单点接地，对高频模块使用多点接地 避开了高频模块的传输线效应，也可以通过较少的串连共地避免共阻抗耦合。比较常用
第4页/共78页
电磁兼容标准5
• 欧洲电信标准协会（ETSI）
ETSI-European Telecommunications Standards Institute
制定在电信、广播、信息技术等领域的欧洲标准和技术 规范
第5页/共78页
国内电磁兼容标准
▪ CCC制度 CCC-China Compulsory Certification 自2003年5月1日起，未获得强制性产品认证证
第2页/共78页
电磁兼容标准3
• 跨国电气电子工程师学会（IEEE)
1963年由美国无线电工程师学会、美国电气工程师学会 及美国电子工程师学会合并而成
第3页/共78页
电磁兼容标准4
• 美国国家标准委员会（ANSI）
ANSI-American National Standard Insititute 协调并指导美国全国的标准化活动，提供国内外标准化 情报，同时起着行政管理机关的作用
电磁兼容标准1
• 国际电工技术委员会（IEC)
IEC-International Electrotechnical Commission 成立于1906年，常设机构：总办公室，位于日内 瓦
第1页/共78页
电磁兼容标准2
• 国际无线电干扰特别委员会（CISPR)
CISPR-The international special committee on radio Interface
书的部分产品不得出厂、进口和销售。 ▪ 国内EMC标准主要参考IEC标准和欧洲ETSI标准
第6页/共78页
EMC标准体系表
基础发射标准
基础标准
通用发射标准
通用标准
B类 A类 环境 环境
产品类标准
第7页/共78页
基础抗扰标准 通用抗扰标准
A类 B类 环境 环境
基础标准
• 基础标准是制定其它EMC标准的基础，一般 不涉及具体的产品。
第30页/共78页
两个重要概念
✓实际的地（线或平面）一般并不是等电位的 ✓电路中的回流总是自动走最小阻抗的路径
第31页/共78页
导线的阻抗
Z = RAC+ jwL
l
RAC = l/σ*SAC
L=0.2 *l *ln(2.3 *4l/d – 0.75)(μH)
考虑趋肤效应时，
r
RAC = 0.076rf 1/2RDC
第41页/共78页
地的拓扑结构－浮地
不与大地连接，如TV、PDA、掌上设备等 优点：与外部隔离良好不易受外地系统的干扰影响 缺点：容易积累静电，产生静电干扰，还有可能产生危险电压
第42页/共78页
地的拓扑结构－单点接地
几部分电路模块的地串接后通过一个点与大地连接 优点：设计简单，容易实现 缺点：存在共阻抗耦合，各个模块会互相干扰；尤其对高频信号，由于接地线的传输线效应，会严重影响信号
▪ 直接放电包括接触放电和非接触放电 ▪ 人体与大地零电位有4KV的静电很正常
第14页/共78页
静电放电抗扰度试验3
❖ 试验实施
▪ 接触放电使用尖形放电电极，空气放电使用圆形放电电极 ▪ 优先采用接触放电 ▪ 直接放电试验，放电电极直接对被测试设备进行放电，试验
对象包括用户在使用中可能触及到的任何地方以及在带电维 护和校正时可能触及的地方。如：金属簧片、机壳、按键、 螺丝、指示灯、开关等 ▪ 间接放电试验可对水平耦合板和垂直耦合板进行放电 ▪ 试验速率1此/秒，每个放电点至少在正负极性各放电10次
由于地导线阻抗而产生地压降
Vg
第35页/共78页
地环路
如何减小地环路的影响1
改变接地方式
源
负载
源
负载
电路单点接地示意图
电路混合接地示意图
第36页/共78页
如何减小地环路的影响2
采用隔离变压器
为了消除分布电容的影响，通常会采用右图中的接法。
第37页/共78页
如何减小地环路的影响3
采用光耦器件
有效滤除了直流干扰
1.居住、商业和轻工业环境 2.工业环境
第10页/共78页
产品类标准
▪ 产品类标准针对某类产品规定了特殊的电磁兼容要求以及详细的测量程序。 ▪ 产品类标准比通用标准包含更多的特殊性和详细的规范，其测量方法和限值
必须与通用标准相互协调。
第11页/共78页
抗扰度试验结果判定
❖ 试验结果判定
a. 在试验过程中，设备的工作完全正常 b. 在试验过程中，设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低，
评定电子通信设备或系统受到电磁辐射干扰时的性能
❖ 试验设备
电波暗室－－半电波暗室和全电波暗室 功率放大器 射频信号发生器
第17页/共78页
❖ 试验的实施 射频电磁场辐射抗扰度试验3
1.用1KHz的正弦波对干扰信号进行80％的幅度调制后，在80～1000MHz频率范围内 进行扫频测量，扫描步长为前一频率的1％，这一部分都通过计算机及软件控制实现
Surge Immunity Test
IEC61000-4-5 EN61000-4-5 GB/T17626.5
第22页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验2
❖ 试验目的
评价被测设备遭受电力线路和互连线路上大能量骚 扰的性能。此试验一般用来模拟被测试设备在不同 环境下遭到的间接雷击，或开关切换过程中所造成 的电压和电流浪涌
第20页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验3
❖ 试验的实施
1.对交直流电源端口的试验一般采用耦合、去耦网 络，如果不能使用耦合/去耦网络时，可以使用容性 耦合夹。试验电压应该通过耦合/去耦网络施加到保 护地上
2.对I/O端口及通信端口的试验，采用容性耦合夹
第21页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验1
第24页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度1
Immunity to conducted disturbances,induced by radiofrequency field
IEC61000-4-6 EN61000-4-6 GB/T17626.6
第25页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度2
第12页/共78页
静电放电抗扰度试验1
Electromagnetic Discharge Immunity Test
IEC61000-4-2 EN61000-4-2 GB/T17626.2
第13页/共78页
静电放电抗扰度试验2
❖试验目的 模拟操作人员或物体在接触设备时放电及人 或物体对临近物体的放电，以考察被试设备 抵抗静电放电干扰能力。前者通过导体直接 耦合，属于直接放电，后者通过空间辐射耦 合，属于间接放电。
导线越短、截面积越大，导线的阻抗越小
第32页/共78页
导线的阻抗实例
频率 Hz 10Hz
d = 0.65 cm 10cm 1m 51.4μ 517 μ
d = 0.27 cm 10cm 1m 327 μ 3.28m
d = 0.06 cm 10cm 1m 5.29m 52.9m
d = 0.04 cm 10cm 1m 13.3m 133m
但撤销干扰后，设备的功能可以自动恢复正常 c. 在试验过程中，设备受干扰影响产生了暂时性的功能降低，
但撤销干扰后，设备的功能需要人工复位后才能恢复 d. 在试验过程中，受干扰的设备产生了不可逆转的损伤，包
括元器件损坏、软件或数据丢失等 测试评估
对于a，判为合格。对于d，判为不合格。 瞬态干扰（雷击、浪涌等）中，b合格，c不合格。
1KHz 429 μ 7.14m 632 μ 8.91m 5.34m 53.9 14m 144m
100K 42.6 m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07
1M 426m 7.12 540m 8.28 714m 10
783m 10.6
5M 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50
第15页/共78页
射频电磁场辐射抗扰度试验1
Radiated,radiofrequency,electromagnetic field immunity test
• IEC61000-4-3 • EN61000-4-3 • GB/T17626.3
第16页/共78页
❖ 试验目的 射频电磁场辐射抗扰度试验2
第23页/共78页
雷击浪涌抗扰度试验3
❖ 试验的实施
1.选择与被测试端口相应的耦合网络。电源端口、 无屏蔽通信线路端口、无屏蔽互连线路端口都有相 应不同的耦合网络
2.在每个选定部位上，正负极性的干扰至少要各 加5次，每次间隔1min 3.浪涌冲击必须加到线～线和线～地，进行线～地 试验时，如果没有其它规定，试验电压必须逐次施 加到每一组线～地之间
3.86 53
10M 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106
50M 21.3 356 27
414 35.7 500 38.5 530
100M 42.6
54
71.4
77
150M 63.9
81
107
115
第33页/共78页
地环路问题1
第34页/共78页
地环路
地环路问题2
第38页/共78页
如何减小地环路的影响4
▪ 采用共模扼流圈 滤除了交流干扰，直流干扰仍然存在
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地线问题－共阻抗耦合
两个电路的电流都流经同一负载（导线）会造成两部分电路互相干扰，这就是 共阻抗耦合
电路1
电路2
VN
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地的拓扑结构
➢ 浮地 ➢ 单点接地 ➢ 多点接地 ➢ 混合接地
IEC61000-4-4 EN61000-4-4 GB/T17626.4
第19页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验2
❖ 试验目的
评估通讯设备的供电电源端口、信号和控制 端口在受到重复的快速瞬变脉冲群干扰时的 性能，验证通讯和电子设备对来自操作暂态 过程（如开断感性负载、继电器触头弹跳等） 中的各种类型瞬变扰动的抗扰性
2.每一频点上扫描停留时间不应短于受试设备操作和反应所需的时间，一般设为1秒， 如果对产品有特别要求，可以延长停留时间
3. 受试设备应该在发射天线的水平和垂直极化下分别进行测试
第18页/共78页
电快速瞬变脉冲群抗扰度试验1
Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test
❖ 试验目的
评估通讯和电子设备的供电电源端口、信号 和控制端口在受到射频电磁场感应的传导骚 扰信号干扰时的性能
第26页/共78页
射频场感应的传导骚扰抗扰度3
❖ 试验的实施
1.试验过程中，被测设备放置在高于地参考面0.1m 的绝缘支架上，应对设备的每一个端口进行测试
2.用1KHz的正弦波对干扰信号进行80％的幅度调 制后，在0.15～80MHz频率范围内进行扫频测量， 扫描步长为前一频率的1％，这一部分都通过计算机 及软件控制实现 3.每一频点上扫描停留时间不应短于受测设备的操 作和反应所需的时间，一般设为1秒，如果有特别要 求 ， 可 以 延 长 停 留 时第间27页/共78页
IEC61000-4-4 电快速瞬变/脉冲群抗扰度试验
IEC61000-4-5 浪涌（冲击）抗扰度试验
IEC61000-4-6 对射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
IEC61000-4-8 工频磁场抗扰度试验
-4-11 电压暂降、短期中断和电压变化抗扰度试验
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通用标准
▪ 通用标准是对给定环境中所有产品的最低要求 ▪ 如果某种产品没有产品类标准，则可以使用通用标准 ▪ 现在国内的机顶盒就是采用通用标准 ▪ 通用标准把环境分为两大类：
• 基础类标准规定了现象、环境特征、试验和 测量方法、试验仪器和基本试验装置，也规 定不同的试验等级及相应的试验电平。
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重要的基础标准系列（IEC61000
系列）
标注编号
名称
IEC61000-4-1 抗扰度试验综述
IEC61000-4-2 静电放电抗扰度试验
IEC61000-4-3 辐射（射频）电磁场抗扰度试验
接地设计技术
第28页/共78页
什么是地？
➢电子工程师：地是电路的基准电压 ➢结构工程师：地是设备的金属外壳 ➢电工：地是大地，就是地球
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地的分类
• 安全地 • 系统地 • 模拟地 • 数字地 • 功率地 • 保护地 • 屏蔽地
这些“地”相互之间并不是独立的，是有联系的，有时候是统 一的
传输
第43页/共78页
地的拓扑结构－多点接地
几个电路模块分别各自接到大地上，并联接地 优点：不存在共阻抗耦合，避免高频干扰问题 缺点：存在地环路，接地点多，不容易实现
第44页/共78页
地的拓扑结构－混合接地
对低频模块使用单点接地，对高频模块使用多点接地 避开了高频模块的传输线效应，也可以通过较少的串连共地避免共阻抗耦合。比较常用
第4页/共78页
电磁兼容标准5
• 欧洲电信标准协会（ETSI）
ETSI-European Telecommunications Standards Institute
制定在电信、广播、信息技术等领域的欧洲标准和技术 规范
第5页/共78页
国内电磁兼容标准
▪ CCC制度 CCC-China Compulsory Certification 自2003年5月1日起，未获得强制性产品认证证