談電子設(shè)備中的干擾及抑制措施

[摘要]本文分析了電子設(shè)備中常見的幾種干擾信號的特點(diǎn)，針對這些干擾闡述了在使用電子設(shè)備的過程中應(yīng)注意的干擾問題。并詳細(xì)介紹了幾種常見的抗干擾措施。

[關(guān)鍵詞]電子設(shè)備 干擾 抑制

噪聲與干擾的定義和分類

在電子設(shè)備工作的環(huán)境中，分布著各種各樣的電磁干擾或噪聲，它們的分布范圍極廣，可以從直流到1000MHz以上。故噪聲可定義為電路中除所需要的信號外的其他任何電氣信號或能量。

通常噪聲的成因可歸納為三類：一是內(nèi)部噪聲，這是因元器件本身不規(guī)則的變化所造成的，如熱噪聲；二是人為噪聲，如電動機(jī)、電力開關(guān)、無線電發(fā)射機(jī)等所造成的；三是自然界的干擾，如雷電等。

干擾是由噪聲引發(fā)的不期望得到的結(jié)果。如果一個噪聲電壓使一個電路產(chǎn)生誤操作，它就是一個干擾。噪聲是不能被消除的，而只能減弱它，使其無法產(chǎn)生干擾。干擾按其產(chǎn)生和傳播的方式可分為下述六種：

1.靜電干擾。靜電干擾實(shí)際上是電場通過電容或分布電容耦合到受干擾裝置而形成的干擾。例如：流過較大電流的動力線周圍存在著較強(qiáng)的電場，此電場可以通過該動力線和周圍的電路之間存在的分布電容向其22周圍的電路施加干擾。

2.磁場耦合干擾。它是一種感受式干擾，主要是由靠近電子設(shè)備的流過較強(qiáng)電流的線路周圍的變化電磁場對電子設(shè)備回路耦合所形成的干擾。如動力線、變壓器、交流電動機(jī)、電磁鐵等產(chǎn)生磁場的器件周圍都存在著較強(qiáng)的交變電磁場，這種交變電磁場會使其附近的電子線路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感生電流，從而形成干擾。

3.電磁輻射干擾。由空間電磁波被電子設(shè)備接受而形成的干擾。例如：高頻感應(yīng)加熱爐、各種有觸點(diǎn)電器所產(chǎn)生的電火花、電弧等都會產(chǎn)生輻射電磁波，當(dāng)它們附近的電子設(shè)備所接受的電磁波達(dá)到一定的強(qiáng)度時，就可能形成電磁輻射干擾。

4.共阻抗干擾。由于電子設(shè)備中各個電回路之間的公共導(dǎo)線存在著電阻和電感，當(dāng)一個回路的電流流過這段公共導(dǎo)線時，會在導(dǎo)線上產(chǎn)生電壓降，這一阻抗壓降耦合到其他電子回路中就形成了共阻抗干擾。

5.漏電耦合干擾。是指設(shè)備內(nèi)部與內(nèi)部或內(nèi)部與外部不應(yīng)該有的電氣聯(lián)系的部分之間的電氣絕緣性能下降而造成的各部分之間出現(xiàn)漏電流而形成的干擾。例如：工作在空氣濕度較大場合下的電子設(shè)備，由于設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)冷凝水而造成絕緣阻抗下降而產(chǎn)生漏電耦合干擾。

6.電網(wǎng)干擾。一般電子設(shè)備的工作電源是將從電網(wǎng)獲得的交流電經(jīng)變換處理得到的。連接在電網(wǎng)上的一些用電設(shè)備在工作時可能對電網(wǎng)施加干擾，而使電網(wǎng)電壓含有干擾信號。它可能使電子設(shè)備的工作電壓含有各種頻率的干擾信號而影響設(shè)備工作。

干擾的抑制

所謂干擾的抑制就是針對不同類型的干擾信號采取不同的措施來減小或消除干擾對電子設(shè)備的影響。抑制干擾的措施有時還受到設(shè)備本身結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)的限制。下面從硬件方面給出常見的干擾抑制措施。

(1)靜電干擾的抑制——靜電屏蔽[1]由靜電學(xué)理論可知，處于靜電平衡下的導(dǎo)體內(nèi)部各點(diǎn)等電位、導(dǎo)體內(nèi)部沒有場。利用金屬導(dǎo)體的這一特點(diǎn)，并采取必要的接地措施就可以在金屬導(dǎo)體處隔斷電力線，起到靜電屏蔽作用。

（2）磁場耦合干擾的抑制——磁屏蔽[1.2]由于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中有許多是能夠產(chǎn)生強(qiáng)磁場的，它們可以通過磁場對附近的電子設(shè)備施加干擾，磁場耦合干擾也屬于近場干擾，對于這種干擾可以在干擾源或被干擾體外圍用高導(dǎo)磁材料做一屏蔽體使屏蔽體內(nèi)部磁通不會向外輻射，外部磁通也不能進(jìn)入屏蔽體內(nèi)部。對于較長的信號導(dǎo)線來說，這種屏蔽方法顯然是不切實(shí)際的，實(shí)際上為了克服磁場耦合在信號線上形成干擾，通常將信號線選為雙絞線。當(dāng)外部磁場作用于雙絞線上時，雙絞線上相鄰兩節(jié)距的感生電流之和為零，如圖1所示。圖中i為磁場在雙絞線上產(chǎn)生的感生電流。這樣就可以抑制磁場施加在信號線上的干擾了。

圖1 外部磁場作用于雙絞線上時其感生電流的分布

（3）電磁輻射干擾的抑制——電磁屏蔽[1]由于交變電磁場的頻率越高，輻射越強(qiáng)。所以電磁輻射干擾主要是由高頻電磁場產(chǎn)生的。在電磁屏蔽中采用電阻率低的金屬材料如銅、鋁等做成屏蔽層，利用高頻電磁場對金屬屏蔽層的作用，在屏蔽層內(nèi)產(chǎn)生渦流，由渦流產(chǎn)生的磁場抵消或減弱干擾磁場的作用，從而達(dá)到電磁屏蔽的效果。

（4）共阻抗干擾的抑制從原理上講，不同電回路間所有的公共線路上都可能發(fā)生共阻抗干擾，但常見的是電源共阻抗干擾和公共地線共阻抗干擾。處理這類問題的主要方法是：①選用高質(zhì)量的電源并加大電源的功率容限，以獲得較小的電源內(nèi)阻。②將模擬電路和數(shù)字電路的電源線與地線分開設(shè)置。③將電源線和地線的截面積盡量選大一些，長度盡量短，以減小電源線和地線的阻抗。④多電源供電的裝置若存在公共地線，則公共地線的截面積也應(yīng)加大且長度應(yīng)盡量短。⑤若設(shè)備的工作地安全地接在一起，則必須保證足夠小的接地電阻。

（5）漏電耦合干擾的抑制由于漏電耦合干擾主要是由絕緣電阻下降導(dǎo)致漏電引起的，所以定期檢查電子設(shè)備，清潔設(shè)備內(nèi)部電路及信號線上的灰塵和雜物，使設(shè)備及信號線等設(shè)施有一個良好的工作環(huán)境。

（6）電網(wǎng)干擾的抑制對于電網(wǎng)電壓中的浪涌過壓成分可以選用適當(dāng)?shù)膲好綦娮杓右晕?；對于電網(wǎng)電壓中高頻干擾成分可以采取在設(shè)備電源變壓器的兩側(cè)和整流電路上以及整流以后的電路上加入高頻濾波來抑制；對于電網(wǎng)中的低頻干擾的抑制措施可以通過使用直流穩(wěn)壓電源并采用直流退耦電路來實(shí)現(xiàn)。

小 結(jié)

從以上所述可以看出，對干擾的抑制可以歸納為兩類：即隔離與濾波。隔離的基本思想就是從電路上把干擾源和受干擾電路隔開，使它們不發(fā)生電聯(lián)系或削弱它們之間的電聯(lián)系。

濾波措施的基本思想是給干擾信號提供一個泄放回路，使其不能進(jìn)入受擾回路。

總之，為了提高一個電子設(shè)備的抗干擾能力，應(yīng)該以設(shè)備的電流配置、信號輸入與輸出的電路結(jié)構(gòu)、信號線的選擇與敷設(shè)、線路板的設(shè)計(jì)及設(shè)備的屏蔽方法等各方面綜合考慮，還要針對現(xiàn)場干擾情況，重點(diǎn)加強(qiáng)設(shè)備抗某些干擾的能力，使電子設(shè)備能安全可靠的工作。

中圖分類號：TN973.4文獻(xiàn)標(biāo)識號：A

參考文獻(xiàn)：

[1]韓剛，徐萬山.工業(yè)電子控制裝置的抗干擾技術(shù)[M]。北京：中國鐵道出版社，1984.241-246.

[2]山崎弘郎.電子電路的抗干擾技術(shù)[M]。北京：科學(xué)出版社，1989.61-62;177-183.

作者單位：房曄 西安工程大學(xué)電信學(xué)院 陜西西安

周亞濱 西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院 陜西西安