電磁發(fā)射和磁場干擾的產生的原理解析

電子電氣產品在正常工作時，同時向周圍空間輻射電磁騷擾，在輻射的騷擾場強往往在某些頻率段超過限值將會影響周圍電子設備和自身的正常工作。因此了解超標的原因和電磁發(fā)射和磁場干擾的抑制方法，對產品電磁兼容性（EMC）設計十分重要。

1. 電磁發(fā)射和磁場干擾的產生機理

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行過程中，因PCB走線或產品各部分連線的設計不合理而產生天線效應，發(fā)出電磁波引起的射頻干擾。當電磁波能量達到一定值時，將會影響周圍電子設備和自身的正常工作。

2）磁場干擾

產品內部的電源線和高頻工作的電感性元件工作時產生的磁場通過輻射方式干擾產品運行，造成的工作紊亂。

2. 電子產品的電磁發(fā)射及其抑制

在電子產品中，數(shù)字電路芯片端口信號跳變沿的頻率可達數(shù)百兆赫茲，有些模擬電路信號頻率達到兆赫茲以上，這些數(shù)字或模擬信號都可能通過導線傳導干擾或向空中輻射干擾，影響電子設備自身并干擾其他電子設備。抑制電磁發(fā)射的基本措施有以下方法。

2.1 降低干擾信號的能量

1）在不影響產品整體工作性能的前提下，減小數(shù)字信號的跳變速率或降低數(shù)字信號的傳輸速度；

2）采用貼片元件，縮短高頻工作芯片的外引腳，減小傳輸高頻信號走線的長度，可抑制天線效應，減少高頻信號輻射能量。

2.2 隔離干擾信號的傳播途徑

在電子設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）采用導磁金屬材料外殼封裝，外殼可靠接地（大地）；

2）容易產生高頻輻射的局部電路或IC芯片加金屬屏蔽罩，屏蔽罩接信號地；

3）電路板中傳輸高速數(shù)字信號或高頻模擬信號的走線兩側敷銅并接信號地，實現(xiàn)與其他信號線的隔離。

2.3 濾波

濾波器既可抑制從電子設備引出的傳導干擾，又能抑制從電網引入的傳導干擾。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備之間。它可使電源頻率通過，而阻止高頻噪聲通過，對提高設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，濾除通過電源走線進入芯片的高頻干擾信號；

2）在產品交流220 V電源輸入端設置電源濾波器，防止產品工作時產生的高頻干擾進入電網。

3. 電磁能量的干擾機理及其抑制干擾來源

當電子產品中的高頻導線（或銅排）中流過電流時，在導線 周圍產生的磁場；開關電源的高頻變壓器及一切電感元件在工作時必然產生的漏磁通。上述磁通穿過芯片或敏感電路模塊，半導體中的帶電粒子（電子和空穴）在磁場中受到洛倫茲力，偏離原來的運動方向，使芯片和模塊的工作電流波形受磁場變化的調制而發(fā)生畸變，導致這些芯片或電路模塊的正常工作受到干擾。信號電流總是在閉合回路中流動。當外部干擾磁通穿越閉合回路包圍的面積時，會在閉合回路中感應電流，同樣會造成電流波形畸變。抑制電磁能量干擾的基本措施有以下方法。

3.1 屏蔽干擾磁場方法

最常用的抑制磁場輻射干擾的措施是采用導電或導磁材料屏蔽。

1）變化的干擾磁通穿過導電材料（如薄銅皮）時，會在其中產生渦流，并生成方向相反的磁通，可以削弱穿過導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）用導磁材料（鐵板或鋼板）做設備的機箱，是整機磁屏蔽的常用方法。這種方法不僅可以抵抗外部干擾磁通進入電子設備，而且能避免內部磁通外泄。屏蔽材料導磁性越好，板越厚，機箱不易發(fā)生磁飽和，屏蔽效果也越好。

3.2 減小信號電流的回路面積

減小信號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線。使用時將心線作為信號電流去線，銅絲編織的屏蔽層作為信號電流的回線，必須單端接信號地。這種方法的回路面積小于雙絞線，屏蔽層還能實現(xiàn)磁場屏蔽；

3）在保證絕緣安全的前提下，PCB中的信號線與地線盡量靠近以縮小信號電流回路包圍的面積；

4）選用PCB上的IC芯片和電路模塊時，在保證電路功能的條件下，應盡量選用電源進線引腳和零伏線引腳靠近的封裝；

5）PCB設計時，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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