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什么是电磁干扰? 电磁干扰的来源、介绍、路径、耦合等

2022-11-20 22:46| 发布者: 曾工| 查看: 3525| 评论: 0|原作者: 曾工|来自: 电磁兼容网

摘要: 1、噪声的定义 噪声是指除了所需的信号以外而出现在电路内的任何电气信号, 此定义并不包含内部的失真信号——一种非线性的附属品。所有电子系统都或多或少有些噪声, 但只有当噪声影响到系统的正常执行时才会发生问 ...
1、噪声的定义
噪声是指除了所需的信号以外而出现在电路内的任何电气信号, 此定义并不包含内部的失真信号——一种非线性的附属品。所有电子系统都或多或少有些噪声, 但只有当噪声影响到系统的正常执行时才会发生问题。

噪声的来源可被归类成三种不同的典型:
  • 人为的噪声源一数位电子、无线电传输、马达、开关、继电器等等。
  • 天然的干扰一太阳黑子及闪电。
  • 纯质的噪声源一从实际系统产生的相关随机扰动,诸如热噪声和凸波噪声。


我们应当了解,噪声是不可能完全被去除的,但是经由适当的接地(grounding)、屏避(shielding)与滤波(filtering),则可将其干扰尽量降低。对于一个良好的电路设计,预防胜于发生问题后的电路修改。在电路板的布局即开始做好噪声防治的工作,是建构高可靠度低噪声电子系统的首要工作。

2、EMI的起源
EMI的来源包括微处理器、开关电路、静电放电、发射器、瞬时电源元件、电源以及闪电。在一个微处理器为基础的电路板内,数字时序电路通常是宽带噪声的最大产生者,这所谓的宽带即指分布于整个频谱的噪声。

随着快速半导体以及更快的边缘变化率的增加,这些电路可能产生高达300 MHz的谐波干扰,这些高频谐波应予以遮蔽或滤除。

总结来说就是dv/dt,di/dt,电压,电流的变化率。

3、EMI 传输

了解噪声如何传输有助于辨识电路内部的电磁干扰问题。噪声的发生必需要有来源(source)、耦合路径(coupling path)以及易感染的接收器(susceptible receptor) ,这三者必需一起出现才会有EMI问题的存在,如下图【EMI的噪声源、传导路径与接收器】说明EMI如何以耦合方式进入一个系统。

因此,若是三者之一被排除于系统之外或被减少,干扰才会消失或降低。如下图【EMI的噪声源、传导路径与接收器】是以马达控制为例的EMI说明,其中功率级至马达的线圈电流是产生EMI的来源,控制器的低阶讯号(数位或类比信号)是易受干扰的接收器,耦合路径则可能是经由传导方式(经由电源或地线)或辐射方式。

EMI的噪声源、传导路径与接收器

以马达控制为例的EMI传导路径

耦合路径

噪声会耦合到电路内的较明显方式之一是透过电导体(传导方式)。假如讯号线经过一个充满噪声的环境,讯号线将受感应拾取噪声信号并传至电路的其它部分, 例如电源供应器的噪声就会经由电源线而耦合至电路,如下图【传导耦合噪声】所示。

传导耦合噪声

耦合也会因电路中具有或使用共同阻抗(common impedance)而产生。如下图【经由共同组抗而耦合的噪声(a)】 的两个子电路因为有着共同的接地阻抗,因此会彼此影响。另外一种状况则发生在两个子电路共同使用同一个电源供应器,如下图【经由共同组抗而耦合的噪声(b)】 即为此种状况。

若是电路(一)突然产生较大的电流,则电路(二)的供应电压将会因共享电源线间的共同阻抗与内阻而降低。从电路(二)流出之数位迥路电流会在共享之回路阻抗产生高频数位噪声,此噪声在电路(一)的回路产生接地跳动,不稳定的接地会严重衰减低频类比电路的讯号噪声比,象是运算放大器和类比数位转换器等等。

这种藕合效应可藉由降低共同阻抗而减弱(加宽电源线的拉线宽度),但内阻来自电源供应器则无法改变。此种状况,在接地回路的导线也有相同的效应,由此可知电源供应器的输出阻抗(output impedance)也会影响电路对噪声的抵抗能力。

经由共同组抗而耦合的噪声

噪声的耦合也可经由电磁辐射的方式发生,此种状况会发生在所有具有共同辐射电磁场的电子电路。电流改变就产生电磁波,这些电磁波会耦合到附近的导体并影响电路中的其他信号,如下图所示。

经由电磁辐射耦合的噪声

4、接收器(receptor)
基本上所有的电子电路都会发射EMI同时又受到EMI的干扰,因此电子装置的设计,应该既不受外在EMI干扰源的影响,本身也不应成为EMI的干扰源,此一设计理念即为电磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)。

大多数电子设备的EMI是藉由传导性方式接收,少数则来自无线电频率之辐射接收。在数位电路中,最临限(most critical)的信号通常最易受到EMI的干扰,例如重置、中断以及控制线路信号。在类比电路中,类比低阶放大器、信号转换器、补偿电路等,则对噪声干扰最为敏感。

5、解决EMC的系统设计
电子设备的电磁兼容性(EMC)应被视为系统规格来预先考虑而非事后补救。一个电子设备如果它与环境不会相互影响,即具备电气兼容性。如果设计工程师未能在设计初期及慎重考虑此一问题,那么虽然因忽略EMI的设计而缩短了设计时间,并且完成功能测试而量产,然而在产品上市之后,不明的EMI干扰现象就非预期地出现了。

这种产品危机的解决方法通常会受到相当的挫折,增加不必要的虚耗及产品后续改善时间的延长,这都浪费时间、金钱与耐性,其结果常导致产品的失败。

EMC 应该如同其他被确认的系统规格一样纳入系统的里设计规格,事实上有些机构,像美国联邦通讯委员会 (FCC)、军方及国际性机构都为一般计算机设备设立标准,设计者应根据这些规格事先纳入考虑,并设计产品原型加以测试。因此, EMC在系统设计时应优先考虑,而非在问题发生后才加东拼西凑的加以补救, EMC的系统设计应成为一种符合经济效益的设计观念。

电磁干扰的防治虽然有很多方法,但主要可归纳为两种不同的型式:降低电磁干扰的散布与提高增电磁干扰的免疫能力。经由适当的系统设计可以抑制电磁干扰的散布;如果问题仍然持续,就得研究不同方式的遮蔽去包住发射体。电路对噪声的敏感性可藉由电路设计的加强以及使用遮蔽物来降低电路对电磁干扰敏感性。

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