電磁干擾分析和抑制措施

? 新聞資訊 ????|???? ?2018-12-12 09:23:35
電子電氣產(chǎn)品在正常工作時(shí)，同時(shí)向周圍空間輻射電磁騷擾，在輻射的騷擾場(chǎng)強(qiáng)往往在某些頻率段超過(guò)限值將會(huì)影響周圍電子設(shè)備和自身的正常工作。因此了解超標(biāo)的原因和電磁發(fā)射和磁場(chǎng)干擾的抑制方法，對(duì)產(chǎn)品電磁兼容性（EMC）設(shè)計(jì)十分重要。
 
1. 電磁發(fā)射和磁場(chǎng)干擾的產(chǎn)生機(jī)理
 
1）電磁發(fā)射
各種數(shù)字電路芯片和高頻模擬電路芯片運(yùn)行過(guò)程中，因PCB走線或產(chǎn)品各部分連線的設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生天線效應(yīng)，發(fā)出電磁波引起的射頻干擾。當(dāng)電磁波能量達(dá)到一定值時(shí)，將會(huì)影響周圍電子設(shè)備和自身的正常工作。
 
2）磁場(chǎng)干擾
產(chǎn)品內(nèi)部的電源線和高頻工作的電感性元件工作時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)輻射方式干擾產(chǎn)品運(yùn)行，造成的工作紊亂。
 
2. 電子產(chǎn)品的電磁發(fā)射及其抑制
在電子產(chǎn)品中，數(shù)字電路芯片端口信號(hào)跳變沿的頻率可達(dá)數(shù)百兆赫茲，有些模擬電路信號(hào)頻率達(dá)到兆赫茲以上，這些數(shù)字或模擬信號(hào)都可能通過(guò)導(dǎo)線傳導(dǎo)干擾或向空中輻射干擾，影響電子設(shè)備自身并干擾其他電子設(shè)備。抑制電磁發(fā)射的基本措施有以下方法。
 
2.1 降低干擾信號(hào)的能量
1）在不影響產(chǎn)品整體工作性能的前提下，減小數(shù)字信號(hào)的跳變速率或降低數(shù)字信號(hào)的傳輸速度；
2）采用貼片元件，縮短高頻工作芯片的外引腳，減小傳輸高頻信號(hào)走線的長(zhǎng)度，可抑制天線效應(yīng)，減少高頻信號(hào)輻射能量。
 
2.2 隔離干擾信號(hào)的傳播途徑
在電子設(shè)備中接地是抑制電磁噪聲和防止電磁干擾重要方法之一。最簡(jiǎn)單有效的隔離方法是屏蔽，也稱“屏蔽接地”，指為抑制干擾而采用的屏蔽層（體）的接地，以起到良好的抗干擾作用。常用的屏蔽有3種方法：
1）采用導(dǎo)磁金屬材料外殼封裝，外殼可靠接地（大地）；
2）容易產(chǎn)生高頻輻射的局部電路或IC芯片加金屬屏蔽罩，屏蔽罩接信號(hào)地；
3）電路板中傳輸高速數(shù)字信號(hào)或高頻模擬信號(hào)的走線兩側(cè)敷銅并接信號(hào)地，實(shí)現(xiàn)與其他信號(hào)線的隔離。
 
2.3 濾波
濾波器既可抑制從電子設(shè)備引出的傳導(dǎo)干擾，又能抑制從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)干擾。EMI（電磁干擾）濾波器主要是用于抑制干擾的濾波器。EMI濾波器由線性元件電路組成，安裝在電源線與電子設(shè)備之間。它可使電源頻率通過(guò)，而阻止高頻噪聲通過(guò)，對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要作用。
1）直接在電路芯片電源引腳間接入去耦電容或去耦電阻電容，濾除通過(guò)電源走線進(jìn)入芯片的高頻干擾信號(hào)；
2）在產(chǎn)品交流220 V電源輸入端設(shè)置電源濾波器，防止產(chǎn)品工作時(shí)產(chǎn)生的高頻干擾進(jìn)入電網(wǎng)。
 
3. 電磁能量的干擾機(jī)理及其抑制干擾來(lái)源
當(dāng)電子產(chǎn)品中的高頻導(dǎo)線（或銅排）中流過(guò)電流時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)；開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器及一切電感元件在工作時(shí)必然產(chǎn)生的漏磁通。上述磁通穿過(guò)芯片或敏感電路模塊，半導(dǎo)體中的帶電粒子（電子和空穴）在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，使芯片和模塊的工作電流波形受磁場(chǎng)變化的調(diào)制而發(fā)生畸變，導(dǎo)致這些芯片或電路模塊的正常工作受到干擾。信號(hào)電流總是在閉合回路中流動(dòng)。當(dāng)外部干擾磁通穿越閉合回路包圍的面積時(shí)，會(huì)在閉合回路中感應(yīng)電流，同樣會(huì)造成電流波形畸變。抑制電磁能量干擾的基本措施有以下方法。
 
3.1 屏蔽干擾磁場(chǎng)方法
最常用的抑制磁場(chǎng)輻射干擾的措施是采用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧掀帘巍?br /> 1）變化的干擾磁通穿過(guò)導(dǎo)電材料（如薄銅皮）時(shí)，會(huì)在其中產(chǎn)生渦流，并生成方向相反的磁通，可以削弱穿過(guò)導(dǎo)電屏蔽層的干擾磁通；
2）高頻變壓器磁芯外包一層形成短路環(huán)的薄銅皮，可有效抑制變壓器漏磁通外泄；
3）用導(dǎo)磁材料（鐵板或鋼板）做設(shè)備的機(jī)箱，是整機(jī)磁屏蔽的常用方法。這種方法不僅可以抵抗外部干擾磁通進(jìn)入電子設(shè)備，而且能避免內(nèi)部磁通外泄。屏蔽材料導(dǎo)磁性越好，板越厚，機(jī)箱不易發(fā)生磁飽和，屏蔽效果也越好。
 
3.2 減小信號(hào)電流的回路面積
減小信號(hào)電流回路面積的目的是減少穿越其中的干擾磁通。常用措施：
1）采用雙絞線，使信號(hào)電流的去線和回線緊密絞合，可以縮小回包圍的面積；
2）用屏蔽線做外部引入的信號(hào)線。使用時(shí)將心線作為信號(hào)電流去線，銅絲編織的屏蔽層作為信號(hào)電流的回線，必須單端接信號(hào)地。這種方法的回路面積小于雙絞線，屏蔽層還能實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)屏蔽；
3）在保證絕緣安全的前提下，PCB中的信號(hào)線與地線盡量靠近以縮小信號(hào)電流回路包圍的面積；
4）選用PCB上的IC芯片和電路模塊時(shí)，在保證電路功能的條件下，應(yīng)盡量選用電源進(jìn)線引腳和零伏線引腳靠近的封裝；
5）PCB設(shè)計(jì)時(shí)，在確保絕緣安全的前提下，使電源線和零伏線靠近布置。
 
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