电磁干扰解析和解决手段

张伟

摘要：本文主要是对电磁干扰的定义、干扰方式以及基本要素进行解读，并阐述了其在现代数字化电路中的危害，针对其具体的特点，从其三个基本要素着手，分析采取的解决措施，以及需要注意的事项。

1.引言

随着电力电子技术日益向高频率、高速度、高灵敏度的方向发展，电力、电子设备的发射功率越来越大，灵敏度越来越高，接收微弱信号的能力越来越强。电磁兼容（EMC）已成为当今世界“电气工业技术的热点问题”，随之而来的就是电磁干扰（EMI），成为了电气、电子设备及其构成的系统正常工作的突出障碍。

2.电磁干扰解读

电磁干扰是干扰信号并降低信号完好性的电子噪音。，一般分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰指通过导电介质把一个电网信号上的信号耦合（干扰）到另一个电网络辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。

在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。电磁干扰的三要素是什么呢？噪声发生源、耦合电路、被干扰的机器和电路。电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的，并且电磁干扰的频率往往比信号高，

现代数字电路已经取代以往的模拟电路，而这些噪声干扰源会使逻辑电路误动作或使程序走失。同时数字化电子产品产生的宽频带干扰噪声会干扰其他电子电路。了解了干扰基本要素和干扰类别，要针对电磁干扰问题予以解决。

3.电磁干扰问题的解决措施

1）抑制干扰源

众所周知，当设备的辐射发射超标时，往往是因为系统中有较强的传导干扰电流，尤其是当传导发射的频率较高时，由于高频信号容易辐射，此时就会导致辐射发射问题。

Ⅰ、抑制辐射

辐射分为差模辐射和共模辐射，抑制差模辐射和抑制共模辐射。

①抑制差模辐射

差模辐射的电磁场是：

其中A：辐射回路面积；f：频率；I：回路电流；r：由回路到测量点的距离。

抑制差模辐射的措施从三个方面采取措施。

辐射的大小和电流成正比，最好用低电流动作的逻辑元件，下表是代表性的逻辑元件。

回路电流谐波辐射和频率平方成比例增大，因此可以采取在集成电路输出加上阻尼电阻或铁氧体磁珠的方法降低谐波的振幅。

减小回路面积，在允许的辐射水平内，计算出最大允许的回路面积。

②抑制共模辐射

尽量减小地系统的压降，使用共模扼流圈，提高共模阻抗，使共模电流不易流过。

Ⅱ、屏蔽

抑制干扰源的另一个有效手段就是屏蔽，即用金属屏蔽体将元器件、电路、组合体等干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散。按照屏蔽设计规范设计的屏蔽机箱一般很容易达到60～80dB的屏蔽效能。

屏蔽效果SE由来到金属导体隔壁的电场Ei（磁场Hi）的大小和通过隔壁的电场Et（磁场Ht）的大小之比来表示。

对于电场SE（dB）=20log10（Ei/Et）

对于磁场SE（dB）=20log10（Hi/Ht）

电磁波到达金属板表面，发生反射，其大小决定于两种介质的特性阻抗之差，差越大，发射越大。未被反射的部分成为侵入波，它引起的涡流损耗使它逐渐减衰。内部反射的波再在金属内部向反方向行进，在两镜面反复反射，穿透，逐渐减衰。

2）切断耦合通道

经分析和试验验证，问题出在发射装置的电缆线上。实践表明，电缆是系统 EMC 最薄弱的环节，90%的电磁兼容问题是由于电缆造成的。虽然电子部件本身采取了屏蔽措施，但其内部的干扰信号仍通过传导发射到电缆上。电缆是高效的电磁波接收天线和辐射天线，由于电缆端口处存在共模电压，电缆在这个共模电压的驱动下，如同一根单极天线，产生的电场辐射为：E=12.6×10-7（f×I×L）（1/r），其中：I为电缆中的共模电流强度；L为电缆长度；f为共模信号的频率；r为观测点到辐射源的距离。

从公式可以看出，要减少电缆的辐射，可以缩短电缆长度或者减小高频共模电流的强度。该发射装置作为已定型多年的产品，受其体积结构等方面的限制，不可能随意缩短电缆长度，故控制电缆共模辐射的最好方法就是减小高频共模电流的强度，因为高频共模电流的辐射效率很高，是造成电缆辐射超标的主要因素。减小电缆上高频共模电流的一个有效方法就是在电缆的端口处使用低通滤波器，滤除电缆上的高频共模电流。

3）良好的接地可以提高电路抗干扰能力

接地是指利用大地作为电路的一部分，来维系电气设备，器具安全，并使电路简单化。电子器件正常工作的必要条件不是把电子回路接于大地，而是在大地之外有一个尽量理想的基准电位面。接大地是为了对付静电、电路中有害信号。

接地电阻都是越小越好，对频率高的干扰电流接地线的电感产生的阻抗不能忽略。尽量缩短接地线，与外壳接地尽量采用面接触方式，作为对策可在箱体附近的地上设置与大地绝缘的多个导体，把高频干扰短接。提高设备和电路的抗干扰能力。

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