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              電磁干擾及其解決措施

              作者:時間:2001-09-11來源:收藏

              電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)是指由于不規則電磁擾動而造成電子設備系統性能降低,要使電子或機電產品能夠有效工作,必須實現電磁兼容(Electronicmagnetic Compatible, EMC)。但是EMI問題往往是在完成產品設計之后才注意到,實際上應該在此之前首先考慮,以保證產品充分發揮其應有的性能。

              本文引用地址:http://www.snowlakeshores.com/article/3009.htm

              EMI從發射源到達受干擾系統有兩種途徑:即傳導和輻射。兩者的區別在于前者沿導線傳播而后者是在空氣中傳播。一般來講輻射EMI的頻率要高于30MHz, 傳導EMI的頻率低于30MHz。

              干擾信號有兩種形式:連續干擾信號和瞬時干擾信號。連續干擾持續時間大于1/60s(16.67ms),而瞬時干擾持續時間小于1/60s。連續干擾可有低頻和高頻兩種方式。低頻干擾源包括熒光燈、電機和開關模式直流電源等;高頻干擾一般是指射頻干擾(Radio-frequency Interference, RFI),通常源于無線電發射機、計算機時鐘和其它信號源。典型RFI環境下,干擾信號水平可在幾mV/m300V/m之間,上限值一般只出現在高功率無線電臺或雷達站發射天線附近。任何大于1/米的干擾都會對未保護電路造成破壞。一般電子產品需要能夠承受10V/m的干擾,醫療和汽車設備為200V/m,而軍事設備要高達300-400V/m。與數字電路相比,模擬電路更容易受RFI影響,在較低的電磁信號下即受到干擾。瞬時干擾可以是重復或隨機的干擾,如電感器和電容器的放電即屬于瞬時重復干擾,瞬時隨機干擾可來源于靜電放電(electrostatic discharge, ESD)、雷電以及核電磁脈沖等。在有雷電時,高壓線路比低壓線路更容易受到影響,干擾可沿著供電線路傳到家庭或辦公室,損壞電路。

              應對EMI有兩種措施:屏蔽和濾波。屏蔽是用來防止輻射干擾,其作用是在干擾RF信號到達被保護電路之前將其衰減。而濾波是用來防止傳導干擾,它具有雙向功效,既能防止干擾進入,也能防止漏出。通常高價位電器與低價位電器之間的區別主要在于其所采取的屏蔽手段。各種電子產品的屏蔽也不盡相同,有的采用鄰接方式,以凹凸槽將外殼拼接在一起。對于低頻輻射干擾,最低的要求如圖1所示,下半部分邊緣至少要和上半部分重疊46mm。對于高頻干擾信號,僅靠幾個螺絲固定來屏蔽是不夠的,應多加幾個,最低的原則是:兩個螺絲之間的距離不能超過干擾信號波長的一半,最好是1/8波長左右。

              在不同情況下濾波有不同的意義,盡管也有一些高通和帶通濾波,多數EMI濾波都是低通的。有時干擾信號具有特定頻率,因而需要陷波濾波器。從理論上講,一個電容或電感器可以將干擾信號衰減20dB,最大可能有60120dB,事實上達不到。電容濾波器多用于高阻抗電路,而電感濾波器多用于低阻抗電路。最簡單的濾波器是饋通電容濾波器,如果與好的屏蔽相配合,這樣的饋通電容濾波器已經足夠了。

              2所示為兩種在屏蔽板安裝饋通電容濾波器的方法,a為螺絲固定方式,螺母應緊緊地固定在底座。b為焊接方式,但屏蔽板不能是鋁材。如果需要更大程度的濾波,需要將LC結合使用,典型的連接方式如圖3所示。a為內電容器輸入型,理論上能達到40dB也就是1001的衰減,雖然對于LFVHF衰減有所不同,但基本可以用于任何頻率的電路。為得到較好的濾波效果,引線應盡量短以避免信號的輻射。如果用第二個饋通電容器代替圖3a中的護孔圈(Grommet),就能夠實現更高一級的濾波,理論上這樣可以衰減60dB。圖3 b為外電感器輸入型,電感器或RF扼流器(RF choke)外接到底座,并且直接和饋通電容器相連。

              在阻抗已知時,可用圖4所示的濾波器。如果輸入和輸出阻抗都很低,可用一個電感器或RF扼流器或者包含兩個電感器、一個電容器的T形濾波方式。 如果輸入阻抗很高,輸出阻抗很低,此時可用一個電容輸入L(L-section)濾波器。同樣如果輸入阻抗很低,而輸出阻抗很高,此時可用一個電感輸入L形濾波器。如果輸入、輸出阻抗都很高,可用一電容或Π(Pi-section)濾波器。

              產生干擾信號的電流有兩種形式:共模和差分,如圖5所示,共模和差分模式所需的濾波方式不同。差分模式中,需要在信號線(hot lead)串接一濾波器并接地;在共模模式,需要在所有相關的引線上使用相同的濾波方式。圖6為一種對共模和差分模式都適合的濾波方式。

              AC電源線是傳導EMI的來源,必須最大程度地濾波。AC電源線濾波不僅要防止RFI,而且要防止遠處的雷電。防止雷電或其它高壓瞬時干擾可采用圖7所示的金屬氧化物變阻器(MOV),其作用相當于一對背靠背的齊納二極管。不論極性如何,它都能夠把高壓瞬時干擾降低。從另一個角度講,MOV 在低壓下像一個絕緣體,但在超過一定的電壓閾值后,變阻器呈現出低阻抗,將瞬時干擾電壓信號降低。MOV主要用于AC電源線上瞬間電壓擾動濾波。

              圖8所示為對共模和差分RFI都適合的濾波器。用值足夠大的器件,可以在某種程度上防止雷電或其它瞬時干擾信號。

              EMI問題存在于心電圖儀(electrocardiograph, ECG)、腦電圖儀(electroencephalograph,EEG)等醫療設備中,而這些設備需要在強干擾信號下處理僅幾個mV到1mV的信號。除RFI外,還有兩種其它干擾來源。第一是電震發生(或去纖震)器(defibrillator),源于使病人心臟正常起搏的電容性放電,可高達幾kV。第二來源于500~2500KHz的高功率RF 電外科設備(electrosurgery units),其電路中RF功率可高達400~500W,而這些距離電路ECG和EEG的信號電極僅有幾個cm,沒有適當的濾波這些設備難以正常工作。

              圖9所示為一種濾波輸入電路,可用于保護處在高壓或強電磁場中的EEG、ECG等,采用這種濾波器后,上面提到高壓或高功率的電震發生器和電外科設備可與其它儀器同時使用。由于EEG和ECG中的信號都低于100Hz,因此這樣一低通RC濾波器已經足夠。

              電腦EMI是很嚴重的,放一個AM收音機在電腦附近,會聽到許多雜音。由于電腦時鐘已高達幾百MHz,對于FM收音機的干擾更大。圖10是一種連接數字引腳的解決辦法,正是這些引腳將EMI帶到電路板。鐵氧體環(ferrite beads)相當于一個小RF 扼流器,可除去VHF/UHF波段的RFI。由于此濾波方式是雙向的,因此也可同時防止進入和漏出的干擾信號。電腦系統主要的干擾信號來源于監視器,這是因為兩個因素:第一,偏轉電路通常工作在小于40KHz的波段,這低于許多其它系統,并且有許多諧波;第二,偏轉電路通常功率很高??赏ㄟ^電路屏蔽和在信號線上連接共模扼流器來防止這種干擾信號?!觯ㄐ鹿猓?/font>

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