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出色模擬工程師必備系列(一):電磁干擾(EMI)
作者:  日期:2016-04-22  瀏覽次數:1753次  來源:
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       電磁干擾的定義,是指由外部噪聲和無用電磁波在接收中所造成的騷擾。一個系統或系統內某一線路受電磁干擾程度可以表示為如下關系式:

N=G×C/I

G:噪聲源強度;

C:噪聲通過某種途徑傳到受干擾處的耦合因素;

I:受干擾電路的敏感程度。

G、C、I這三者構成電磁干擾三要素。電磁干擾抑制技術就是圍繞這三要素所采取的各種措施,歸納起來就是三條:一、抑制電磁干擾源;二、切斷電磁干擾耦合途徑;三、降低電磁敏感裝置的敏感性。下面就這三方面分別作出介紹。


一、抑制干擾源

       要想掏干擾源,首先必須確定何處是干擾源,在越靠近干擾源的地方采取措施,抑制效果越好。一般來說,電流電壓劇變即di/dt或du/dt大的地方就是干擾源;具體來說繼電器開合、電容充電、電機運轉、集成電路開關工作等都可能成為干擾源。另外,市電電源也并非理想的50Hz正弦波,而是充滿各種頻率噪聲,是個不可忽視的干擾源。抑制方法可以采用低噪聲電路、瞬態抑制電路、旋轉裝置抑制電路、穩壓電路等;器件的選擇則盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩定性高的電子元件。要注意,抑制電路中不適當的器件選擇可能會產生新的干擾源。

二、切斷電磁干擾耦合途徑

         電磁干擾耦合途徑主要為傳導和輻射兩種。噪聲經導線直接耦合到電路中最常見的。抑制傳導干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通(LPF)、高通(HPE)、帶通(BPF)、帶阻(BEF)四種,根據信號與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器。如果噪聲頻率遠高于信號頻率,常采用LC低通濾波器,這種濾波器結構簡單,濾除噪聲效果也較好。但是對于軍用或TEMPEST技術以及要求較高的民用產品,則必須采用穿心式濾波器。

       穿心式濾波器(Feed-thruFilters)也稱為穿越式濾波器,電路結構有C型、T型和LC型,其特點在于高頻特性優良,可工作在1GHz以上。這是其“同軸”性質決定的,由于它無寄生電感,提高了自諧頻率。穿心式濾波器體積小、重量輕,允許電流大大,可廣泛用于各種不同場合。

       對于通過供電電源線傳導的噪聲可以用電源濾波器來濾除。只符合VDE0871標準的電源濾波器在30K-30MHZ范圍內插入損耗為20-100dB。電源濾波器不僅可以接在電網輸入處,也可接在噪聲源電路的輸出處,以抑制噪聲輸出,而且交直流兩用。電源濾波器端口分高阻和低阻兩端,應根據輸入及負載阻抗不同來選擇正確的接法。連接的原則是依照阻抗最失配,即高阻輸入端接濾濾器阻端,低阻負載端接濾波器高阻端;反之亦然。

       對傳輸線路及印刷電路板的布線設計,應注意進線與出線、信號線與電源線盡量分開。對于重點線路可采用損耗線濾波器、三端子電容、磁環等器件進行干擾抑制。對于接口端,國外有帶濾波的D型、圓形、方形連接器產品,這類連接器是在普通連接器上加裝電容或電感,構成濾波電路,其特點是不占用。PCB空間,不增加體積,這對于現代元件高密度設計極為重要。最近,國內也有廠家生產,質量不低于國外水平,可以替代進口。

       對于輻射干擾,主要措施是采用屏蔽技術和分層技術。屏蔽技術是一門科學,選擇適當的屏蔽材料,在適當的位置屏蔽,對屏蔽效果至關重要。尤其是屏蔽室的設計。可供選擇的屏蔽材料種類繁多,有各種金屬板、指形鈹銅合金簧片、銅絲網、編織銅帶、導電橡膠、導電膠、導電玻璃等等。應根據需要選擇。屏蔽室的設計應充分考慮門窗、通風口、進出線口的屏蔽與搭接。除靜電屏蔽外,還需考慮磁屏蔽以及接地和接大地技術。

三、降低電磁敏感裝置的敏感度

       電磁敏感裝置的敏感是一柄雙刃劍;一方面人們希望接收裝置靈敏度高,以提高對信號的接收能力;另一方面,靈敏高受噪聲影響的可能性也就越大。因此,根據具體情況采用降額設計、避設計、網絡鈍化、功能鈍化等方法是解決問題的辦法。

       綜上所述,對于電磁干擾的抑制方法很多,可以選擇一種或多種綜合運用。但不論選擇什么方法都應從設計之初就著手系統電磁兼容性的考慮,而不是亡羊補牢。


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