解決電磁干擾EMI中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號

電磁干擾EMI中電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號是通過導(dǎo)線或公共電源線進(jìn)行傳輸，互相產(chǎn)生干擾稱為傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾給不少電子工程師帶來困惑，如何解決傳導(dǎo)干擾？找對方法，你會發(fā)現(xiàn)，傳導(dǎo)干擾其實很容易解決，只要增加電源輸入電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整每節(jié)濾波器的參數(shù)，基本上都能滿足要求，下面講解的八大對策，以解決對付傳導(dǎo)干擾難題。

對策一：盡量減少每個回路的有效面積

圖1 回路電流產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾

傳導(dǎo)干擾分差模干 擾DI和共模干擾CI兩種。先來看看傳導(dǎo)干擾是怎么產(chǎn)生的。如圖1所示，回路電流產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。這里面有好幾個回路電流，我們可以把每個回路都看成是一個感應(yīng)線圈，或變壓器線圈的初、次級，當(dāng)某個回路中有電流流過時，另外一個回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生干擾。減少干擾的最有效方法就是盡量減少每個回路的有效面積。

對策二：屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導(dǎo)體的面積和長度

圖2 屏蔽、減小各電流回路面積及帶電導(dǎo)體的面積和長度

如圖2 所示，e1、e2、e3、e4為磁場對回路感應(yīng)產(chǎn)生的差模干擾信號；e5、e6、e7、e8為磁場對地回路感應(yīng)產(chǎn)生的共模干擾信號。共模信號的一端是整個線路板，另一端是大地。線路板中的公共端不能算為接地，不要把公共端與外殼相接，除非機殼接大地，否則，公共端與外殼相接，會增大輻射天線的有效面積，共模輻射干擾更嚴(yán)重。降低輻射干擾的方法，一個是屏蔽，另一個是減小各個電流回路的面積（磁場干擾），和帶電導(dǎo)體的面積及長度（電場干擾）。

對策三：對變壓器進(jìn)行磁屏蔽、盡量減少每個電流回路的有效面積

圖3 變壓器漏磁對回路產(chǎn)生的電磁感應(yīng)

如圖3所示，在所有電磁感應(yīng)干擾之中，變壓器漏感產(chǎn)生的干擾是最嚴(yán)重的。如果把變壓器的漏感看成是變壓器感應(yīng)線圈的初級，則其它回路都可以看成是變壓器的次級，因此，在變壓器周圍的回路中，都會被感應(yīng)產(chǎn)生干擾信號。減少干擾的方法，一方面是對變壓器進(jìn)行磁屏蔽，另一方面是盡量減少每個電流回路的有效面積。

對策四：用銅箔對變壓器進(jìn)行屏蔽

圖4 減少線路中的EMI

如圖4所示，對變壓器屏蔽，主要是減小變壓器漏感磁通對周圍電路產(chǎn)生電磁感應(yīng)干擾，以及對外產(chǎn)生電磁輻射干擾。從原理上來說，非導(dǎo)磁材料對漏磁通是起不到直接屏蔽作用的，但銅箔是良導(dǎo)體，交變漏磁通穿過銅箔的時候會產(chǎn)生渦流，而渦流產(chǎn)生的磁場方向正好與漏磁通的方向相反，部分漏磁通就可以被抵消，因此，銅箔對磁通也可以起到很好的屏蔽作用。

對策五：采用雙線傳輸和阻抗匹配

圖5 減少線路中的EMI

如圖5所示，兩根相鄰的導(dǎo)線，如果電流大小相等，電流方向相反，則它們產(chǎn)生的磁力線可以互相抵消。對于干擾比較嚴(yán)重或比較容易被干擾的電路，盡量采用雙線傳輸信號，不要利用公共地來傳輸信號，公共地電流越小干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線的長度等于或大于四分之一波長時，傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配，不匹配的傳輸線會產(chǎn)生駐波，并對周圍電路產(chǎn)生很強的輻射干擾。

對策六：減小電流回路的面積

圖6 減小電流回路的面積

如圖6所示，磁場輻射干擾主要是流過高頻電流回路產(chǎn)生的磁通竄到接收回路中產(chǎn)生的，因此，要盡量減小流過高頻電流回路的面積和接收回路的面積。式中：e1、 Φ1、S1、B1分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動勢、磁通、面積、磁通密度； e2、 Φ2、S2、B2分別為輻射電流回路中產(chǎn)生的電動勢、磁通、面積、磁通密度。

圖7 電流回路輻射的詳解

下面以圖7示意，對電流回路輻射進(jìn)行詳解。如圖，S1為整流輸出濾波回路，C1為儲能濾波電容，i1為回路高頻電流，此電流在所有的電流回路中最大，其產(chǎn)生的磁場干擾也最嚴(yán)重，應(yīng)盡量減小S1的面積。

在S2回路中，基本上沒有高頻回路電流，△I2主要是電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S2的面積大小基本上不需要考慮。C2為儲能濾波電容，專門為負(fù)載R1提供能量，R1、R2不是單純的負(fù)載電阻，而是高頻電路負(fù)載，高頻電流i3基本上靠C2提供，C2的位置相對來說非常重要，它的連接位置應(yīng)該考慮使S3的面積最小，S3中還有一個△I3，它主要是電源紋波電流，也有少量高頻電流成份。 在S4回路中，基本上也沒有高頻回路電流，△I4主要為電源紋波電流，高頻成分相對很小，所以S4的面積大小基本上也不需要考慮。S5回路的情況基本上與S3回路相同，i5的電流回路面積也應(yīng)要盡量的小。

對策七：不要采用多個回路串聯(lián)供電

圖 7中的幾個電流回路，互相串聯(lián)在一起進(jìn)行供電，很容易產(chǎn)生電流共模干擾，特別是在高頻放大電路中，會產(chǎn)生高頻噪音。電流共模干擾的原因是： △I2 = △I3 △I4 △I5

圖8 要采用多個回路串聯(lián)供電

而圖8中各個電流回路，互相分開，采用并聯(lián)供電，每個電流回路都是獨立的，不會產(chǎn)生電流共模干擾。

對策八：避免干擾信號在電路中產(chǎn)生諧振

圖9 共模天線的一極是整個線路板，另一極是連接電纜中的地線

如圖9所示，共模天線的一極是整個線路板，另一極是連接電纜中的地線。要減小輻射干擾最有效的方法是對整個線路板進(jìn)行屏蔽，并且外殼接地。電場輻射干擾的原因是高頻信號對導(dǎo)體或引線進(jìn)行充電，應(yīng)該盡量減小導(dǎo)體的長度和表面積。磁場干擾的原因是在導(dǎo)體或回路中有高頻電流流過，應(yīng)該盡量減小線路板中電流回路的長度和面積。頻率越高，電磁輻射干擾就越嚴(yán)重；當(dāng)載流體的長度可以與信號的波長比擬時，干擾信號輻射將增強。

當(dāng)載流體的長度正好等于干擾信號四分之一波長的整數(shù)倍的時候，干擾信號會在電路中產(chǎn)生諧振，這時輻射干擾最強，這種情況應(yīng)盡量避免。

看到這里，是否覺得按此八步走，傳導(dǎo)干擾盡在掌握之中？最后附上各種干擾脈沖波形的頻譜供大家參考（如圖10）。任何一個非正弦波都可以看成是非常多個上升和下降速率不同的信號（或不同頻率的正弦波）相互迭加而成，電磁輻射強度與電壓或電流的變化速率成正比。

圖10 各種干擾脈沖波形的頻譜