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電子線路與電磁干擾的分析
現(xiàn)代的電子產(chǎn)品，功能越來越強(qiáng)大，電子線路也越來越復(fù)雜，電磁干擾(EMI)和電磁兼容性問題變成了主要問題，電路設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)師的技術(shù)水平要求也越來越高。電磁干擾一般都分為兩種，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過空間把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。因此對(duì)EMC問題的研究就是對(duì)干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備三者之間關(guān)系的研究。
美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)在1990年、歐盟在1992提出了對(duì)商業(yè)數(shù)碼產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)章，這些規(guī)章要求各個(gè)公司確保他們的產(chǎn)品符合嚴(yán)格的磁化系數(shù)和發(fā)射準(zhǔn)則。符合這些規(guī)章的產(chǎn)品稱為具有電磁兼容性。
目前全球各地區(qū)基本都設(shè)置了EMC相應(yīng)的市場(chǎng)準(zhǔn)入認(rèn)證，用以保護(hù)本地區(qū)的電磁環(huán)境和本土產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如：北美的FCC、NEBC認(rèn)證、歐盟的CE認(rèn)證、日本的VCCEI認(rèn)證、澳洲的C-tick人證、***地區(qū)的BSMI認(rèn)證、中國的3C認(rèn)證等都是進(jìn)入這些市場(chǎng)的“通行證”。
電磁感應(yīng)與電磁干擾
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很多人從事電子線路設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是從認(rèn)識(shí)電子元器件開始，但從事電磁兼容設(shè)計(jì)實(shí)際上應(yīng)從電磁場(chǎng)理論開始，即從電磁感應(yīng)認(rèn)識(shí)開始。
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一般電子線路都是由電阻器、電容器、電感器、變壓器、有源器件和導(dǎo)線組成，當(dāng)電路中有電壓存在的時(shí)候，在所有帶電的元器件周圍都會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電路中有電流流過的時(shí)候，在所有載流體的周圍都存在磁場(chǎng)。
電容器是電場(chǎng)最集中的元件，流過電容器的電流是位移電流，這個(gè)位移電流是由于電容器的兩個(gè)極板帶電，并在兩個(gè)極板之間產(chǎn)生電場(chǎng)，通過電場(chǎng)感應(yīng)，兩個(gè)極板會(huì)產(chǎn)生充放電，形成位移電流。實(shí)際上電容器回路中的電流并沒有真正流過電容器，而只是對(duì)電容器進(jìn)行充放電。當(dāng)電容器的兩個(gè)極板張開時(shí)，可以把兩個(gè)極板看成是一組電場(chǎng)輻射天線，此時(shí)在兩個(gè)極板之間的電路都會(huì)對(duì)極板之間的電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)。在兩極板之間的電路不管是閉合回路，或者是開路，在與電場(chǎng)方向一致的導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生位移電流(當(dāng)電場(chǎng)的方向不斷改變時(shí))，即電流一會(huì)兒向前跑，一會(huì)兒向后跑。
電場(chǎng)強(qiáng)度的定義是電位梯度，即兩點(diǎn)之間的電位差與距離之比。一根數(shù)米長的導(dǎo)線，當(dāng)其流過數(shù)安培的電流時(shí)，其兩端電壓最多也只有零點(diǎn)幾伏，即幾十毫伏/米的電場(chǎng)強(qiáng)度，就可以在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生數(shù)安培的電流，可見電場(chǎng)作用效力之大，其干擾能力之強(qiáng)。
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電感器和變壓器是磁場(chǎng)最集中的元件，流過變壓器次級(jí)線圈的電流是感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流是因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈中有電流流過時(shí)，產(chǎn)生磁感應(yīng)而產(chǎn)生的。在電感器和變壓器周邊的電路，都可看成是一個(gè)變壓器的感應(yīng)線圈，當(dāng)電感器和變壓器漏感產(chǎn)生的磁力線穿過某個(gè)電路時(shí)，此電路作為變壓器的“次級(jí)線圈”就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。兩個(gè)相鄰回路的電路，也同樣可以把其中的一個(gè)回路看成是變壓器的“初級(jí)線圈”，而另一個(gè)回路可以看成是變壓器的“次級(jí)線圈”，因此兩個(gè)相鄰回路同樣產(chǎn)生電磁感應(yīng)，即互相產(chǎn)生干擾。
在電子線路中只要有電場(chǎng)或磁場(chǎng)存在，就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其它系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。
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電磁干擾的分類
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具體到“電磁干擾”,可以按照下面所列七類進(jìn)行劃分：
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按照發(fā)生源劃分
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按照傳播路徑劃分
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按照輻射干擾的產(chǎn)生原因劃分
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按照不同設(shè)備的工作原理劃分
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按照發(fā)生的頻率劃分
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按照頻率范圍劃分
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不同的交流電源
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而且可以在每一類中進(jìn)一步分類。根據(jù)發(fā)生源可將干擾細(xì)分如圖1～圖4。
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圖1 電磁干擾源類別
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圖2自然干擾源類別
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圖3人為干擾源類別
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圖4 內(nèi)部干擾源類別
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從受干擾方面來看,外來噪聲是外界干擾,內(nèi)部噪聲是機(jī)內(nèi)噪聲。
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除此之外,噪聲按傳遞途徑分類如圖5所示。
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圖5 按照干擾傳輸路徑分類
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干擾傳播的途徑如圖6所示。有通過電源線、信號(hào)線、地線、大地等途徑傳播的“傳導(dǎo)干擾”,也有通過空間直接傳播的“空間干擾”。
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這些噪聲并不獨(dú)立存在,在傳播過程中又會(huì)出現(xiàn)新的復(fù)雜噪聲。
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圖6 干擾傳播路徑
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論