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电磁干扰抑制技术全面概述

2017-04-07 [责任编辑:wenwei]
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5分
【导读】提起电磁干扰(EMI)这个词,人们或许还感陌生,但EMI的影响却是几乎每个人都曾亲身经历过的。例如,观看电视时,附近有人使用电钻、电吹风等电器,会使电视画面出现雪花点,所声器里发出剌耳的噪声……这类现象人们早已司空见惯、习以为常了,但是电磁干扰的危害却远不止如此。事实上,电磁干扰已使民航系统失效、通信不畅、计算机运行错误、自控设备误动作等,甚至危及人身安全。因此,加强电磁兼容性(EMC)知识的普及,提高EMI抑制技术,已成为当务之急。
 
所谓电磁兼容性是指电子线路、系统相互不影响,在电磁方面相互兼容的状态。对于EMC技术的研究,国外是从本世纪三十年代开始的,一些国家和国际组织如美国联邦通信委员会(FCC),德国电气电子工程师协会(VDE)、国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等先后制定了一些指导性文件和规程,目前已形成一套较完整的体系,并得到严格遵守,美国计算机业即全面执行FCC规程。我国电磁兼容性工作起步较 步较晚,相关标准自八十年代才陆续出台,应用方面则由于缺乏经验和技术而举步艰难。如何尽快赶上国际先进水平,使我国电子产品能满足日益迫切的国内需求并在国际市场占一席之地,已成为为大家关心的重大课题。本文愿就电磁干扰抑制技术谈一点浅见,抛砖引玉,与各位共同切磋。
 
电磁干扰的定义,是指由外部噪声和无用电磁波在接收中所造成的骚扰。一个系统或系统内某一线路受电磁干扰程度可以表示为如下关系式:
 
N=G&TImes;C/I
 
G:噪声源强度;
 
C:噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素;
 
I:受干扰电路的敏感程度。
 
G、C、I这三者构成电磁干扰三要素。电磁干扰抑制技术就是围绕这三要素所采取的各种措施,归纳起来就是三条:
 
一、抑制电磁干扰源;二、切断电磁干扰耦合途径;三、降低电磁敏感装置的敏感性。下面就这三方面分别作出介绍。
 
电磁干扰抑制技术全面概述
 
一、抑制干扰源
 
要想掏干扰源,首先必须确定何处是干扰源,在越靠近干扰源的地方采取措施,抑制效果越好。一般来说,电流电压剧变即di/dt或du/dt大的地方就是干扰源;具体来说继电器开合、电容充电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外,市电电源也并非理想的50Hz正弦波,而是充满各种频率噪声,是个不可忽视的干扰源。抑制方法可以采用低噪声电路、瞬态抑制电路、旋转装置抑制电路、稳压电路等;器件的选择则尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件。要注意,抑制电路中不适当的器件选择可能会产生新的干扰源。
 
二、切断电磁干扰耦合途径
 
电磁干扰耦合途径主要为传导和辐射两种。噪声经导线直接耦合到电路中最常见的。抑制传导干扰的主要措施是串接滤波器。滤波器分为低通(LPF)、高通(HPE)、带通(BPF)、带阻(BEF)四种,根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器。如果噪声频率远高于信号频率,常采用LC低通滤波器,这种滤波器结构简单,滤除噪声效果也较好。但是对于军用或TEMPEST技术以及要求较高的民用产品,则必须采用穿心式滤波器。
 
穿心式滤波器(Feed-thruFilters)也称为穿越式滤波器,电路结构有 C型、T型和LC型,其特点在于高频特性优良,可工作在1GHz以上。这是其“同轴”性质决定的,由于它无寄生电感,提高了自谐频率。穿心式滤波器体积小、重量轻,允许电流大大,可广泛用于各种不同场合。
 
对于通过供电电源线传导的噪声可以用电源滤波器来滤除。只符合VDE0871标准的电源滤波器在30K-30MHZ范围内插入损耗为20-100dB。电源滤波器不仅可以接在电网输入处,也可接在噪声源电路的输出处,以抑制噪声输出,而且交直流两用。电源滤波器端口分高阻和低阻两端,应根据输入及负载阻抗不同来选择正确的接法。连接的原则是依照阻抗最失配,即高阻输入端接滤滤器阻端,低阻负载端接滤波器高阻端;反之亦然。
 
对传输线路及印刷电路板的布线设计,应注意进线与出线、信号线与电源线尽量分开。对于重点线路可采用损耗线滤波器、三端子电容、磁环等器件进行干扰抑制。对于接口端,国外有带滤波的D型、圆形、方形连接器产品,这类连接器是在普通连接器上加装电容或电感,构成滤波电路,其特点是不占用。PCB空间,不增加体积,这对于现代元件高密度设计极为重要。最近,国内也有厂家生产,质量不低于国外水平,可以替代进口。
 
对于辐射干扰,主要措施是采用屏蔽技术和分层技术。屏蔽技术是一门科学,选择适当的屏蔽材料,在适当的位置屏蔽,对屏蔽效果至关重要。尤其是屏蔽室的设计。可供选择的屏蔽材料种类繁多,有各种金属板、指形铍铜合金簧片、铜丝网、编织铜带、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等等。应根据需要选择。屏蔽室的设计应充分考虑门窗、通风口、进出线口的屏蔽与搭接。除静电屏蔽外,还需考虑磁屏蔽以及接地和接大地技术。
 
三、降低电磁敏感装置的敏感度
 
电磁敏感装置的敏感是一柄双刃剑;一方面人们希望接收装置灵敏度高,以提高对信号的接收能力;另一方面,灵敏高受噪声影响的可能性也就越大。因此,根据具体情况采用降额设计、避设计、网络钝化、功能钝化等方法是解决问题的办法。
 
综上所述,对于电磁干扰的抑制方法很多,可以选择一种或多种综合运用。但不论选择什么方法都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑,而不是亡羊补牢。据报道,若在产品开始研制时即进行电磁兼容设计,大约90%的传导和辐射干扰都可以得到控制。根据可靠性、安全性、质量要求、环境控制、效/费权衡,选择适当的电磁干扰抑制技术,这就是电磁兼容性的研究内容。
 
 
 
 
 
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关键字:电磁干扰 抑制技术 耦合 
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