電磁干擾的來源、介紹、路徑、耦合
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1、噪聲的定義 噪聲是指除了所需的信號以外而出現(xiàn)在電路內(nèi)的任何電氣信號， 此定義并不包含內(nèi)部的失真信號——一種非線性的附屬品。所有電子系統(tǒng)都或多或少有些噪聲， 但只有當(dāng)噪聲影響到系統(tǒng)的正常執(zhí)行時才會發(fā)生問題。 噪聲的來源可被歸類成三種不同的典型： 人為的噪聲源一數(shù)位電子、無線電傳輸、馬達、開關(guān)、繼電器等等。 天然的干擾一太陽黑子及閃電。 純質(zhì)的噪聲源一從實際系統(tǒng)產(chǎn)生的相關(guān)隨機擾動，諸如熱噪聲和凸波噪聲。 我們應(yīng)當(dāng)了解，噪聲是不可能完全被去除的，但是經(jīng)由適當(dāng)?shù)慕拥?grounding)、屏避(shielding)與濾波(filtering)，則可將其干擾盡量降低。對于一個良好的電路設(shè)計，預(yù)防勝于發(fā)生問題后的電路修改。在電路板的布局即開始做好噪聲防治的工作，是建構(gòu)高可靠度低噪聲電子系統(tǒng)的首要工作。 2、EMI的起源 EMI的來源包括微處理器、開關(guān)電路、靜電放電、發(fā)射器、瞬時電源元件、電源以及閃電。在一個微處理器為基礎(chǔ)的電路板內(nèi)，數(shù)字時序電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生者，這所謂的寬帶即指分布于整個頻譜的噪聲。 隨著快速半導(dǎo)體以及更快的邊緣變化率的增加，這些電路可能產(chǎn)生高達300 MHz的諧波干擾，這些高頻諧波應(yīng)予以遮蔽或濾除。 總結(jié)來說就是dv/dt，di/dt，電壓，電流的變化率。 3、EMI 傳輸 了解噪聲如何傳輸有助于辨識電路內(nèi)部的電磁干擾問題。噪聲的發(fā)生必需要有來源(source)、耦合路徑(coupling path)以及易感染的接收器(susceptible receptor) ，這三者必需一起出現(xiàn)才會有EMI問題的存在，如下圖【EMI的噪聲源、傳導(dǎo)路徑與接收器】說明EMI如何以耦合方式進入一個系統(tǒng)。 因此，有需要做檢測認證整改的朋友聯(lián)系我https://docs.qq.com/doc/DVGtUWm1nZE94UFhS若是三者之一被排除于系統(tǒng)之外或被減少，干擾才會消失或降低。如下圖【EMI的噪聲源、傳導(dǎo)路徑與接收器】是以馬達控制為例的EMI說明，其中功率級至馬達的線圈電流是產(chǎn)生EMI的來源，控制器的低階訊號(數(shù)位或類比信號)是易受干擾的接收器，耦合路徑則可能是經(jīng)由傳導(dǎo)方式(經(jīng)由電源或地線)或輻射方式。 |
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EMI的噪聲源、傳導(dǎo)路徑與接收器 |
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以馬達控制為例的EMI傳導(dǎo)路徑 耦合路徑 噪聲會耦合到電路內(nèi)的較明顯方式之一是透過電導(dǎo)體(傳導(dǎo)方式)。假如訊號線經(jīng)過一個充滿噪聲的環(huán)境，訊號線將受感應(yīng)拾取噪聲信號并傳至電路的其它部分， 例如電源供應(yīng)器的噪聲就會經(jīng)由電源線而耦合至電路，如下圖【傳導(dǎo)耦合噪聲】所示。 |
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傳導(dǎo)耦合噪聲 耦合也會因電路中具有或使用共同阻抗(common impedance)而產(chǎn)生。如下圖【經(jīng)由共同組抗而耦合的噪聲(a)】 的兩個子電路因為有著共同的接地阻抗，因此會彼此影響。另外一種狀況則發(fā)生在兩個子電路共同使用同一個電源供應(yīng)器，如下圖【經(jīng)由共同組抗而耦合的噪聲(b)】 即為此種狀況。 若是電路(一)突然產(chǎn)生較大的電流，則電路(二)的供應(yīng)電壓將會因共享電源線間的共同阻抗與內(nèi)阻而降低。從電路(二)流出之?dāng)?shù)位迥路電流會在共享之回路阻抗產(chǎn)生高頻數(shù)位噪聲，此噪聲在電路(一)的回路產(chǎn)生接地跳動，不穩(wěn)定的接地會嚴重衰減低頻類比電路的訊號噪聲比，象是運算放大器和類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器等等。 這種藕合效應(yīng)可藉由降低共同阻抗而減弱(加寬電源線的拉線寬度)，但內(nèi)阻來自電源供應(yīng)器則無法改變。此種狀況，在接地回路的導(dǎo)線也有相同的效應(yīng)，由此可知電源供應(yīng)器的輸出阻抗(output impedance)也會影響電路對噪聲的抵抗能力。 |
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經(jīng)由共同組抗而耦合的噪聲 噪聲的耦合也可經(jīng)由電磁輻射的方式發(fā)生，此種狀況會發(fā)生在所有具有共同輻射電磁場的電子電路。電流改變就產(chǎn)生電磁波，這些電磁波會耦合到附近的導(dǎo)體并影響電路中的其他信號，如下圖所示。 |
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經(jīng)由電磁輻射耦合的噪聲 4、接收器（receptor） 基本上所有的電子電路都會發(fā)射EMI同時又受到EMI的干擾，因此電子裝置的設(shè)計，應(yīng)該既不受外在EMI干擾源的影響，本身也不應(yīng)成為EMI的干擾源，此一設(shè)計理念即為電磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)。 大多數(shù)電子設(shè)備的EMI是藉由傳導(dǎo)性方式接收，少數(shù)則來自無線電頻率之輻射接收。在數(shù)位電路中，最臨限(most critical)的信號通常最易受到EMI的干擾，例如重置、中斷以及控制線路信號。在類比電路中，類比低階放大器、信號轉(zhuǎn)換器、補償電路等，則對噪聲干擾最為敏感。 5、解決EMC的系統(tǒng)設(shè)計 電子設(shè)備的電磁兼容性(EMC)應(yīng)被視為系統(tǒng)規(guī)格來預(yù)先考慮而非事后補救。一個電子設(shè)備如果它與環(huán)境不會相互影響，即具備電氣兼容性。如果設(shè)計工程師未能在設(shè)計初期及慎重考慮此一問題，那么雖然因忽略EMI的設(shè)計而縮短了設(shè)計時間，并且完成功能測試而量產(chǎn)，然而在產(chǎn)品上市之后，不明的EMI干擾現(xiàn)象就非預(yù)期地出現(xiàn)了。 這種產(chǎn)品危機的解決方法通常會受到相當(dāng)?shù)拇煺?，增加不必要的虛耗及產(chǎn)品后續(xù)改善時間的延長，這都浪費時間、金錢與耐性，其結(jié)果常導(dǎo)致產(chǎn)品的失敗。 EMC 應(yīng)該如同其他被確認的系統(tǒng)規(guī)格一樣納入系統(tǒng)的里設(shè)計規(guī)格，事實上有些機構(gòu)，像美國聯(lián)邦通訊委員會 (FCC)、軍方及國際性機構(gòu)都為一般計算機設(shè)備設(shè)立標準，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)這些規(guī)格事先納入考慮，并設(shè)計產(chǎn)品原型加以測試。因此， EMC在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮，而非在問題發(fā)生后才加?xùn)|拼西湊的加以補救， EMC的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)成為一種符合經(jīng)濟效益的設(shè)計觀念。 電磁干擾的防治雖然有很多方法，但主要可歸納為兩種不同的型式：降低電磁干擾的散布與提高增電磁干擾的免疫能力。經(jīng)由適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)設(shè)計可以抑制電磁干擾的散布；如果問題仍然持續(xù)，就得研究不同方式的遮蔽去包住發(fā)射體。電路對噪聲的敏感性可藉由電路設(shè)計的加強以及使用遮蔽物來降低電路對電磁干擾敏感性。 |
審核編輯黃宇
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