淺析電磁干擾的抑制在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

薛蒙 李洪烈 趙冬梅

【摘 要】本文通過介紹電磁干擾產(chǎn)生的三要素，分析了三要素如何具體在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效應(yīng)用，得出如何抑制電磁干擾的結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】電磁干擾（EM I）；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1 概述

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載電子設(shè)備不斷增多，發(fā)射功率不斷增大，其工作的電磁環(huán)境也越來越惡劣，電磁干擾（EMI）越來越嚴(yán)重。

事實(shí)上，電磁干擾已使民航系統(tǒng)失效、通信不暢、計(jì)算機(jī)運(yùn)行錯(cuò)誤、自控設(shè)備誤動(dòng)作等，甚至危急人身安全。產(chǎn)品裝機(jī)后調(diào)整，以達(dá)到相關(guān)技術(shù)指標(biāo)是越來越困難的。因此，加強(qiáng)電磁性（EMC），EMI抑制技術(shù)，已成為設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)及分機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)不得不考慮的問題。

據(jù)資料介紹，對(duì)于電磁容性（EMC）技術(shù)的研究，國(guó)外是從本世紀(jì)三十年代開始的，一些國(guó)家和國(guó)際組織如美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC），德國(guó)電器電子工程師協(xié)會(huì)（VDE）、國(guó)際無線電干擾特別委員會(huì)（CISPR）等先后制定了一些指導(dǎo)性文件和規(guī)程，目前已形成一套較完整的體系，并得到嚴(yán)格遵守，美國(guó)計(jì)算機(jī)業(yè)即全面執(zhí)行FCC規(guī)程。我國(guó)電磁兼容性工作起步較晚，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)自八十年代才陸續(xù)出臺(tái)，應(yīng)用方面則由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)而舉步艱難。

2 分析與應(yīng)用

電磁兼容性是指電子線路、系統(tǒng)相互不影響，在電磁方面相互兼容的狀態(tài)。

電磁干擾是指由外部噪聲和無用電磁波在接收中所造成的干擾。

一個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)某一線路受電磁干擾程度可以表示為如下關(guān)系式：

N=G*C/I

G：噪聲源強(qiáng)度；C：噪聲通過某種途徑傳到受干擾處的耦合因素；I：受干擾電路的敏感程度。

從關(guān)系式中可以看出G、C、I這三者構(gòu)成電磁干擾三要素。若要有效對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制，就應(yīng)該圍繞這三要素，采取相應(yīng)措施減小干擾，即抑制電磁干擾源、切斷電磁干擾耦合途徑、降低電磁敏感裝置的敏感性。

下面就這三方面如何具體在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行有效應(yīng)用，分析如下：

（1）確定并抑制干擾源

要想掏干干擾源，首先必須確定何處是干擾源，并在越靠近干擾遠(yuǎn)的地方采取措施，抑制效果才會(huì)越好。一般來說，電流電壓巨變即di/dt或du/dt大的地方就是干擾源。具體來說繼電器開合、電容充電、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、集成電路開關(guān)工作等都可能成為干擾源。另外，軍用115V/400HZ電源也并非理想的400HZ正弦波，而是充滿各種頻率噪聲，是個(gè)人不可忽視的干擾源。

針對(duì)以上干擾源，可采用的抑制方法有：先用電路時(shí)盡可能采用低噪聲電路、瞬態(tài)抑制電路、旋轉(zhuǎn)裝置抑制電路、穩(wěn)壓電路等。

器件的選擇盡可能采用低噪聲、高頻特性好、穩(wěn)定性高的電子元件。應(yīng)當(dāng)注意，抑制電路中若使用不適當(dāng)?shù)钠骷赡軙?huì)產(chǎn)生新的干擾源。

（2）切斷電磁干擾耦合途徑

電磁干擾耦合途徑主要為傳導(dǎo)和輻射兩種。噪聲經(jīng)導(dǎo)線直接耦合到電路中最常見的。抑制傳導(dǎo)干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通（LPF）、高通（HPE）、帶通（BPF）、帶阻（BEF）四種，根據(jù)信號(hào)與噪聲頻率的差別選擇不同類型的濾波器。如果噪聲頻率遠(yuǎn)高于信號(hào)頻率，常采用LC低通濾波器，這種濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，濾除噪聲效果也較好。

但是對(duì)于軍用或TEMPEST技術(shù)以及要求較高的民用產(chǎn)品，則必須采用穿心式濾波器。穿心式濾波器（Feed- thruFilters）也稱為穿越式濾波器，電路結(jié)構(gòu)有C型、T型和LC型，其特點(diǎn)在于高頻特性優(yōu)良，可工作在1GHz以上。這是其“同軸”性質(zhì)決定的，由于它無寄生電感，提高了自諧頻率。穿心式濾波器體積小、重量輕，允許電流大大，應(yīng)用范圍廣。

對(duì)于沿供電電源線傳導(dǎo)的噪聲可以用電源濾波器來濾除。前面談到軍用115V/400Hz電源并非理想的400Hz正弦波，而是充滿各種頻率噪聲。同理飛機(jī)上直流27V電源，有時(shí)也會(huì)存在嚴(yán)重的干擾噪聲，往往造成設(shè)備無法正常工作。這種情況在外場(chǎng)，經(jīng)常會(huì)遇到。在不方便對(duì)電源本身（干擾源）采取措施的情況下，采用交流電源濾波器和直流電源濾波器，可以有效抑制沿電線傳導(dǎo)的干擾噪聲。

在某型無線電羅盤改裝某直升機(jī)時(shí)，我們對(duì)改裝直升機(jī)上進(jìn)入羅盤接收機(jī)的交流、直流電源均進(jìn)行了電磁兼容性設(shè)計(jì)。為了對(duì)經(jīng)電源傳入的EMI噪聲進(jìn)行抑制，保護(hù)接收機(jī)不受其干擾。同時(shí)又能抑制接收機(jī)自身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，以防干擾其他機(jī)載設(shè)備的正常工作。并在抑制電磁干擾的同時(shí)，保證交流、直流電源的功率的正常傳送。我們采用了開容公司的KF-1DOFM-2A型交流濾波器和KF-2B1TM-2A型直流濾波器。兩種濾波器插損指標(biāo)如下：

插損指標(biāo)IL=101log10（P1/P2）可以衡量濾波器對(duì)EMI傳導(dǎo)噪聲的抑制能力。而開容公司的KF系列電源濾波器具有高至100 M Hz的高插損性能。能有效抑制在10 KHz-100 MHz寬頻帶內(nèi)的傳導(dǎo)干擾。因此可以滿足接收機(jī)工作頻段150-1000 KHz內(nèi)的高插損要求。

選用該濾波器，在使用中必須注意合理接地和屏蔽，才能達(dá)到良好的EMI抑制效果。為減小接好阻抗，濾波器被安裝在導(dǎo)電金屬表面且通過金屬編織帶與接地點(diǎn)就近相連，避免細(xì)長(zhǎng)接地導(dǎo)線造成較大的接地阻抗。濾波器要安裝在接收機(jī)附近且濾波器的輸入線與輸出線應(yīng)避免耦合，可分別絞合后進(jìn)行屏蔽處理。

通過以上措施并經(jīng)試飛使用考驗(yàn)，已取得了良好的實(shí)際使用效果。

在對(duì)傳輸線路及印刷電路板的布線設(shè)計(jì)中，注意進(jìn)線與出線、信號(hào)線與電源線應(yīng)盡量分開。對(duì)于重點(diǎn)線路還可采用損耗線濾波器、三端子電容、磁環(huán)等器件進(jìn)行干擾抑制。對(duì)于接口端，國(guó)外有帶濾波的D型、圓形、方形連接器產(chǎn)品，這類連接器是在普通連接器上加裝電容或電感，構(gòu)成濾波電路，其特點(diǎn)是不占PCB空間，不增加體積，這對(duì)要求高密度設(shè)計(jì)的場(chǎng)合十分適用。

對(duì)于輻射干擾，主要措施是采用屏蔽技術(shù)和分層技術(shù)。選擇適當(dāng)?shù)钠帘尾牧?，在適當(dāng)?shù)奈恢闷帘危拍苡泻玫钠帘涡Ч??？晒┻x擇的屏蔽材料種類繁多，有種種金屬板、指形鈹銅合金簧片、銅絲網(wǎng)、編織銅帶、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電膠、導(dǎo)電玻璃等待。應(yīng)根據(jù)需要選擇。除靜電屏蔽外，還需考慮磁屏蔽以及接地和接大地技術(shù)。

（3）降低電磁敏感裝置的敏感度

電磁敏感裝置的敏感是一柄雙刃劍；一方面人們希望接收裝置靈敏度高，以提高對(duì)信號(hào)的接收能力；另一方面，靈敏高受噪聲影響的可能性也就越大。因此，根據(jù)具體情況采用降額設(shè)計(jì)、避設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)鈍化、功能鈍化等措施是解決問題的辦法。

3 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于電磁干擾的抑制方法很多，可以選擇一種或多種綜合運(yùn)用。但不論選擇什么方法都應(yīng)從設(shè)計(jì)之初就著手系統(tǒng)電磁兼容性的考慮，而不是亡羊補(bǔ)牢。據(jù)報(bào)道，若在產(chǎn)品開始研制時(shí)即進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，大約90%的傳導(dǎo)和輻射干擾都可以得到控制。因此，在保證可靠性、安全性、質(zhì)量要求的情況下，選擇適當(dāng)?shù)碾姶鸥蓴_抑制措施，是十分必要的。