電磁干擾解析和解決手段

張偉

摘要：本文主要是對電磁干擾的定義、干擾方式以及基本要素進行解讀，并闡述了其在現代數字化電路中的危害，針對其具體的特點，從其三個基本要素著手，分析采取的解決措施，以及需要注意的事項。

1.引言

隨著電力電子技術日益向高頻率、高速度、高靈敏度的方向發展，電力、電子設備的發射功率越來越大，靈敏度越來越高，接收微弱信號的能力越來越強。電磁兼容（EMC）已成為當今世界“電氣工業技術的熱點問題”，隨之而來的就是電磁干擾（EMI），成為了電氣、電子設備及其構成的系統正常工作的突出障礙。

2.電磁干擾解讀

電磁干擾是干擾信號并降低信號完好性的電子噪音。，一般分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾指通過導電介質把一個電網信號上的信號耦合（干擾）到另一個電網絡輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網絡。

在高速PCB及系統設計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發射電磁波并影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。電磁干擾的三要素是什么呢？噪聲發生源、耦合電路、被干擾的機器和電路。電磁干擾相對于電路的工作信號往往都是較小的，并且電磁干擾的頻率往往比信號高，

現代數字電路已經取代以往的模擬電路，而這些噪聲干擾源會使邏輯電路誤動作或使程序走失。同時數字化電子產品產生的寬頻帶干擾噪聲會干擾其他電子電路。了解了干擾基本要素和干擾類別，要針對電磁干擾問題予以解決。

3.電磁干擾問題的解決措施

1）抑制干擾源

眾所周知，當設備的輻射發射超標時，往往是因為系統中有較強的傳導干擾電流，尤其是當傳導發射的頻率較高時，由于高頻信號容易輻射，此時就會導致輻射發射問題。

Ⅰ、抑制輻射

輻射分為差模輻射和共模輻射，抑制差模輻射和抑制共模輻射。

①抑制差模輻射

差模輻射的電磁場是：

其中A：輻射回路面積；f：頻率；I：回路電流；r：由回路到測量點的距離。

抑制差模輻射的措施從三個方面采取措施。

輻射的大小和電流成正比，最好用低電流動作的邏輯元件，下表是代表性的邏輯元件。

回路電流諧波輻射和頻率平方成比例增大，因此可以采取在集成電路輸出加上阻尼電阻或鐵氧體磁珠的方法降低諧波的振幅。

減小回路面積，在允許的輻射水平內，計算出最大允許的回路面積。

②抑制共模輻射

盡量減小地系統的壓降，使用共模扼流圈，提高共模阻抗，使共模電流不易流過。

Ⅱ、屏蔽

抑制干擾源的另一個有效手段就是屏蔽，即用金屬屏蔽體將元器件、電路、組合體等干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴散。按照屏蔽設計規范設計的屏蔽機箱一般很容易達到60～80dB的屏蔽效能。

屏蔽效果SE由來到金屬導體隔壁的電場Ei（磁場Hi）的大小和通過隔壁的電場Et（磁場Ht）的大小之比來表示。

對于電場SE（dB）=20log10（Ei/Et）

對于磁場SE（dB）=20log10（Hi/Ht）

電磁波到達金屬板表面，發生反射，其大小決定于兩種介質的特性阻抗之差，差越大，發射越大。未被反射的部分成為侵入波，它引起的渦流損耗使它逐漸減衰。內部反射的波再在金屬內部向反方向行進，在兩鏡面反復反射，穿透，逐漸減衰。

2）切斷耦合通道

經分析和試驗驗證，問題出在發射裝置的電纜線上。實踐表明，電纜是系統 EMC 最薄弱的環節，90%的電磁兼容問題是由于電纜造成的。雖然電子部件本身采取了屏蔽措施，但其內部的干擾信號仍通過傳導發射到電纜上。電纜是高效的電磁波接收天線和輻射天線，由于電纜端口處存在共模電壓，電纜在這個共模電壓的驅動下，如同一根單極天線，產生的電場輻射為：E=12.6×10-7（f×I×L）（1/r），其中：I為電纜中的共模電流強度；L為電纜長度；f為共模信號的頻率；r為觀測點到輻射源的距離。

從公式可以看出，要減少電纜的輻射，可以縮短電纜長度或者減小高頻共模電流的強度。該發射裝置作為已定型多年的產品，受其體積結構等方面的限制，不可能隨意縮短電纜長度，故控制電纜共模輻射的最好方法就是減小高頻共模電流的強度，因為高頻共模電流的輻射效率很高，是造成電纜輻射超標的主要因素。減小電纜上高頻共模電流的一個有效方法就是在電纜的端口處使用低通濾波器，濾除電纜上的高頻共模電流。

3）良好的接地可以提高電路抗干擾能力

接地是指利用大地作為電路的一部分，來維系電氣設備，器具安全，并使電路簡單化。電子器件正常工作的必要條件不是把電子回路接于大地，而是在大地之外有一個盡量理想的基準電位面。接大地是為了對付靜電、電路中有害信號。

接地電阻都是越小越好，對頻率高的干擾電流接地線的電感產生的阻抗不能忽略。盡量縮短接地線，與外殼接地盡量采用面接觸方式，作為對策可在箱體附近的地上設置與大地絕緣的多個導體，把高頻干擾短接。提高設備和電路的抗干擾能力。

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