电磁干扰的组成要素

文章摘要：电磁干扰发生作用，需要3个“要素”的存在。如图所示给出了一个简单的电磁干扰模型，由3个部分组成：电磁干扰源、耦合路径和接收器。下面分别介绍这3个部分。图 电磁干扰模型1．电磁干扰源电磁干扰源包括微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件，如机电式继电器、开关电源、雷电等。在微控制器系统中，时钟电路是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被扩散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的发展，其边沿跳变速率很快，这种电路将产生高达300 MHz的谐波干扰。2．耦合路径噪声被耦合到电路中最容易被通过的导体传递，如图所示为分析电磁干扰机制。如果一条导线经过一个充满噪声的环境，该导线会感应环境噪声，

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　　电磁干扰发生作用，需要3个“要素”的存在。如图所示给出了一个简单的电磁干扰模型，由3个部分组成：电磁干扰源、耦合路径和接收器。下面分别介绍这3个部分。

　　图 电磁干扰模型

　　1．电磁干扰源

　　电磁干扰源包括微处理器、微控制器、传送器、静电放电和瞬时功率执行元件，如机电式继电器、开关电源、雷电等。在微控制器系统中，时钟电路是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被扩散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的发展，其边沿跳变速率很快，这种电路将产生高达300 MHz的谐波干扰。

　　2．耦合路径

　　噪声被耦合到电路中最容易被通过的导体传递，如图所示为分析电磁干扰机制。如果一条导线经过一个充满噪声的环境，该导线会感应环境噪声，并且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，由电源线携带的噪声就被传递到了整个电路，这是一种耦合情况。

　　耦合也发生在有共享负载（阻抗）的电路中。例如两个电路共享一条提供电源的导线或一条接地导线。如果其中一个电路需要一个突发的较大电流，而两个电路共享电源线，等效接入同一个电源内阻，电流的不平衡会导致另一个电路的电源电压下降。该耦合的影响可以通过减少共同的阻抗来削减。但电源内阻和接地导线是固定不变的。若接地不稳定，一个电路中流动的返回电流就会在另一个电路的接地回路中产生地电位的变动，地电位的变动将会严重降低模／数转换器、运算放大器和传感器等低电平模拟电路的性能。

　　另外，电磁波的辐射存在于每个电路中，这就形成了电路间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些电磁波能耦合到附近的导体中，并且干扰电路中的其他信号。

　　3．接收器

　　所有的电子电路都可能受到电磁干扰。虽然一部分电磁干扰是以射频辐射的方式被直接接受的，但大多数电磁干扰是通过瞬时传导被接受的。在数字电路中，复位、中断和控制信号等临界信号最容易受到电磁干扰的影响。控制电路、模拟的低级放大器和电源调整电路也容易受到噪声的影响。

　　发射和抗干扰都可以根据辐射和传导的耦合来分类。辐射耦合在高频中十分常见，而传导耦合在低频中更为常见。

　　发射机与接收机之间的辐射耦合是由电磁能量通过辐射途径传输而产生的。例如来自附近设备的电磁能量通过直接辐射产生的耦合，或者自然界的与类似的电磁环境耦合进入接收机。

　　发射机与接收机之间的传导耦合经由连接两者之间的直接导电通路完成。例如当发射机与接收机共享同一电源线供电时，干扰会经电源线传送；其他传播途径还有信号线或控制线等。

　　为了进行电磁兼容性设计，达到电磁兼容性标准，其目的是将辐射减到最小，即降低产品中泄露的射频能量，同时增强其对辐射的抗干扰能力。

　　通过如图所示的电磁干扰模型，很容易找到抑制电磁干扰的方法，其方法如下：

　　· 设法降低电磁波辐射源或传导源；

　　· 切断耦合路径；

　　· 增加接收器的抗干扰能力。

　　实际工程中遇到电磁干扰问题时，应该以逻辑性的分析来探讨这一问题。不言而喻，只要存在干扰，就必然有干扰源、耦合路径和受扰对象这3个要素。因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这3个要素入手进行分析。一般而言，设计一个性能良好的PCB以降低射频能量是最经济有效的方法。而第2个和第3个要素倾向于采用屏蔽技术处理。这在后面会讲述到相关内容。