淺析電磁干擾的抑制在產品設計中的應用

薛蒙 李洪烈 趙冬梅

【摘 要】本文通過介紹電磁干擾產生的三要素，分析了三要素如何具體在產品設計中進行有效應用，得出如何抑制電磁干擾的結論。

【關鍵詞】電磁干擾（EM I）；產品設計

1 概述

隨著電子技術的發展，機載電子設備不斷增多，發射功率不斷增大，其工作的電磁環境也越來越惡劣，電磁干擾（EMI）越來越嚴重。

事實上，電磁干擾已使民航系統失效、通信不暢、計算機運行錯誤、自控設備誤動作等，甚至危急人身安全。產品裝機后調整，以達到相關技術指標是越來越困難的。因此，加強電磁性（EMC），EMI抑制技術，已成為設計人員在系統及分機設計時不得不考慮的問題。

據資料介紹，對于電磁容性（EMC）技術的研究，國外是從本世紀三十年代開始的，一些國家和國際組織如美國聯邦通信委員會（FCC），德國電器電子工程師協會（VDE）、國際無線電干擾特別委員會（CISPR）等先后制定了一些指導性文件和規程，目前已形成一套較完整的體系，并得到嚴格遵守，美國計算機業即全面執行FCC規程。我國電磁兼容性工作起步較晚，相關標準自八十年代才陸續出臺，應用方面則由于缺乏經驗和技術而舉步艱難。

2 分析與應用

電磁兼容性是指電子線路、系統相互不影響，在電磁方面相互兼容的狀態。

電磁干擾是指由外部噪聲和無用電磁波在接收中所造成的干擾。

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。

從關系式中可以看出G、C、I這三者構成電磁干擾三要素。若要有效對電磁干擾進行抑制，就應該圍繞這三要素，采取相應措施減小干擾，即抑制電磁干擾源、切斷電磁干擾耦合途徑、降低電磁敏感裝置的敏感性。

下面就這三方面如何具體在產品設計中進行有效應用，分析如下：

（1）確定并抑制干擾源

要想掏干干擾源，首先必須確定何處是干擾源，并在越靠近干擾遠的地方采取措施，抑制效果才會越好。一般來說，電流電壓巨變即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，軍用115V/400HZ電源也并非理想的400HZ正弦波，而是充滿各種頻率噪聲，是個人不可忽視的干擾源。

針對以上干擾源，可采用的抑制方法有：先用電路時盡可能采用低噪聲電路、瞬態抑制電路、旋轉裝置抑制電路、穩壓電路等。

器件的選擇盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩定性高的電子元件。應當注意，抑制電路中若使用不適當的器件可能會產生新的干擾源。

（2）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，應用范圍廣。

對于沿供電電源線傳導的噪聲可以用電源濾波器來濾除。前面談到軍用115V/400Hz電源并非理想的400Hz正弦波，而是充滿各種頻率噪聲。同理飛機上直流27V電源，有時也會存在嚴重的干擾噪聲，往往造成設備無法正常工作。這種情況在外場，經常會遇到。在不方便對電源本身（干擾源）采取措施的情況下，采用交流電源濾波器和直流電源濾波器，可以有效抑制沿電線傳導的干擾噪聲。

在某型無線電羅盤改裝某直升機時，我們對改裝直升機上進入羅盤接收機的交流、直流電源均進行了電磁兼容性設計。為了對經電源傳入的EMI噪聲進行抑制，保護接收機不受其干擾。同時又能抑制接收機自身產生的傳導干擾，以防干擾其他機載設備的正常工作。并在抑制電磁干擾的同時，保證交流、直流電源的功率的正常傳送。我們采用了開容公司的KF-1DOFM-2A型交流濾波器和KF-2B1TM-2A型直流濾波器。兩種濾波器插損指標如下：

插損指標IL=101log10（P1/P2）可以衡量濾波器對EMI傳導噪聲的抑制能力。而開容公司的KF系列電源濾波器具有高至100 M Hz的高插損性能。能有效抑制在10 KHz-100 MHz寬頻帶內的傳導干擾。因此可以滿足接收機工作頻段150-1000 KHz內的高插損要求。

選用該濾波器，在使用中必須注意合理接地和屏蔽，才能達到良好的EMI抑制效果。為減小接好阻抗，濾波器被安裝在導電金屬表面且通過金屬編織帶與接地點就近相連，避免細長接地導線造成較大的接地阻抗。濾波器要安裝在接收機附近且濾波器的輸入線與輸出線應避免耦合，可分別絞合后進行屏蔽處理。

通過以上措施并經試飛使用考驗，已取得了良好的實際使用效果。

在對傳輸線路及印刷電路板的布線設計中，注意進線與出線、信號線與電源線應盡量分開。對于重點線路還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PCB空間，不增加體積，這對要求高密度設計的場合十分適用。

對于輻射干擾，主要措施是采用屏蔽技術和分層技術。選擇適當的屏蔽材料，在適當的位置屏蔽，才能有好的屏蔽效果。可供選擇的屏蔽材料種類繁多，有種種金屬板、指形鈹銅合金簧片、銅絲網、編織銅帶、導電橡膠、導電膠、導電玻璃等待。應根據需要選擇。除靜電屏蔽外，還需考慮磁屏蔽以及接地和接大地技術。

（3）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、功能鈍化等措施是解決問題的辦法。

3 結論

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。據報道，若在產品開始研制時即進行電磁兼容設計，大約90%的傳導和輻射干擾都可以得到控制。因此，在保證可靠性、安全性、質量要求的情況下，選擇適當的電磁干擾抑制措施，是十分必要的。