機電管理計算機的電磁干擾與電磁兼容性設計研究

摘要：隨著我國科技的發(fā)展，機電管理計算機在生活中的應用越來越廣泛，其功能也在不斷提升。但是，機電管理計算機在使用的過程中，仍然會受到電磁干擾，導致其工作性能降低，甚至發(fā)生故障。為了機電管理計算機的正常使用，保證其在應用過程中的安全性、穩(wěn)定性，相關技術人員要加強對電磁干擾與電磁兼容性設計的研究。將主要對機電管理計算機的電磁干擾與電磁兼容性設計進行研究，希望能夠為相關工作人員提供一些參考。

關鍵詞：機電管理計算機；電磁兼容性；設計

一、前言

本文分析了機電管理計算機的電磁干擾問題，探討了機電管理計算機電磁兼容性設計，提出了機電管理計算機電磁兼容性設計的方法。隨著信息技術的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品被越來越多地應用到人們的生產(chǎn)生活中。人們在享受計算機帶來的方便、快捷的同時，也受到來自不同方面的電磁干擾，這些干擾嚴重影響了電子產(chǎn)品的正常工作。這些干擾主要是由市電電源、通信系統(tǒng)、各種電器設備產(chǎn)生的。因此，為保證機電管理計算機在各種電磁環(huán)境中正常工作，就必須采取有效措施抑制和消除市電電源、通信系統(tǒng)、各種電器設備產(chǎn)生的干擾。在電子產(chǎn)品中，由于電路間和電源間存在著電磁耦合，因此，為了減少對外界信號的影響或干擾，在設計過程中必須考慮如何抑制內(nèi)部電路間和電源間產(chǎn)生電磁干擾，從系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設計及布線等方面進行分析，從技術上采取有效措施來抑制干擾源對敏感電路的影響和對系統(tǒng)內(nèi)部電路產(chǎn)生影響。

二、基礎理論

（一）電磁兼容概念

電磁兼容是指設備在其使用環(huán)境中不因與其他設備相互干擾而受到破壞，并能正常工作的能力，也就是設備對所在環(huán)境的電磁干擾不產(chǎn)生不良影響的能力。機電管理計算機在使用過程中，由于系統(tǒng)內(nèi)部的電路間和電源間存在著電磁耦合，因此，會產(chǎn)生干擾信號，而這些干擾信號會通過信號線進入計算機內(nèi)部，導致計算機受到損傷。機電管理計算機電磁兼容設計的目的是使機電管理計算機在其使用環(huán)境中不受外部干擾或內(nèi)部干擾的影響，在使用過程中不受外部或內(nèi)部的電磁干擾。在機電管理計算機設計過程中，為了滿足系統(tǒng)設計和工程應用要求，必須對機電管理計算機進行電磁兼容設計，使其在各種電磁環(huán)境中能夠正常工作。本文將對機電管理計算機的電磁兼容性設計進行研究，為機電管理計算機設計人員提供理論依據(jù)[1]。

電磁兼容（EMC），又稱電磁兼容性，是指電子設備或系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下不因與周圍環(huán)境中的其他設備或系統(tǒng)發(fā)生電磁場干擾而損壞，即不影響其他設備和系統(tǒng)的正常工作，同時也不允許在整個系統(tǒng)或環(huán)境中存在過多的干擾。因此， EMC設計就是要防止電磁干擾。 EMC設計是從工程技術上采取措施來抑制和消除電磁干擾，從而保證產(chǎn)品在正常環(huán)境下工作并能達到規(guī)定的技術要求。EMC設計不是簡單地從工程技術上消除電磁干擾，而是采用有效措施抑制干擾源、限制干擾途徑、減少干擾影響。通常的 EMC設計包括以下幾個方面：1.提高元器件抗干擾能力；2.抑制外部電磁噪聲；3.消除內(nèi)部電磁噪聲；4.抑制自身電磁場輻射[2]。

（二）機電管理計算機概念

機電管理計算機是一種多功能的電子設備，廣泛應用于人們的生產(chǎn)、生活中。機電管理計算機的作用主要是通過信號傳輸來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)對機電設備的控制，給人們生產(chǎn)、生活提供了極大的便利。但是，機電管理計算機在實際使用的過程中會受到各種因素的影響，使其產(chǎn)生一定的故障，嚴重時會影響其工作性能。機電管理計算機在使用的過程中會產(chǎn)生電磁干擾，如果不能有效地對其進行控制，將會對計算機產(chǎn)生嚴重的影響。因此，相關技術人員要加強對機電管理計算機電磁兼容設計的研究工作。機電管理計算機主要是由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分主要包括電源電路、信號輸入輸出電路、控制電路等。軟件部分主要包括控制程序、數(shù)據(jù)處理程序和人機交互程序等。在實際工作中，機電管理計算機會受到外界環(huán)境因素和自身因素的影響，使其產(chǎn)生一定的電磁干擾或電磁兼容性故障。因此，為了能夠保證其正常工作，就要加強對電磁兼容性設計工作的研究，通過合理有效的設計來提高機電管理計算機的可靠性[3]。

三、機電管理計算機電磁干擾的來源及影響

機電管理計算機電磁干擾的來源主要包括兩個方面：一個是外界的干擾，另一個則是內(nèi)部電路的干擾。其中，外界的干擾主要來自電壓、電流等，而內(nèi)部電路的干擾主要來自一些元器件。但是，不管是哪一種干擾都會對計算機產(chǎn)生一定的影響，使其功能下降，甚至發(fā)生故障。 首先，機電管理計算機外部的電磁干擾會導致其性能下降，比如運行速度變慢、工作穩(wěn)定性下降等；其次，機電管理計算機內(nèi)部的電磁干擾也會對其功能產(chǎn)生一定的影響，比如出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)、錯誤的程序等；最后，內(nèi)部電路電磁干擾會導致機電管理計算機無法正常工作或者產(chǎn)生故障。如果是外部電磁干擾導致機電管理計算機出現(xiàn)故障，那么可以通過采取一定的措施解決，如果是內(nèi)部電路電磁干擾導致機電管理計算機出現(xiàn)故障，那么則需要對其進行維修。機電管理計算機是現(xiàn)代社會中一種非常重要的電子設備，在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫帽容^多。然而，在實際的工作中，機電管理計算機會受到許多因素的影響，如周圍環(huán)境、溫度、濕度、電流等。如果不能保證其良好的電磁兼容性，會對其功能產(chǎn)生一定的影響，甚至發(fā)生故障[4]。

四、機電管理計算機電磁兼容設計方法

（一）加強機電管理計算機的接地設計

隨著科技的不斷發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中越來越多地使用機電管理計算機。在使用機電管理計算機的過程中，如果機電管理計算機存在接地問題，會對其產(chǎn)生一定的影響。首先，在機電管理計算機工作時，要保證接地電阻不超過4歐姆；其次，要合理設置接地線路。 一般情況下，接地線路是通過導線連接而成的，但是由于一些設備使用頻繁、工作環(huán)境較為復雜等原因，可能會導致接地線出現(xiàn)破損問題。

（二）加強機電管理計算機的電源設計

在機電管理計算機中，電源是非常重要的組成部分。由于電源和其他設備有一定的聯(lián)系，所以在設計過程中要加強對電源設計的研究。首先，要保證電源的質(zhì)量。由于很多電子設備都會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，而靜電現(xiàn)象會導致設備內(nèi)部出現(xiàn)短路問題，無法正常發(fā)揮設備功能。因此，相關技術人員在設計時要加強對電磁場強度的控制，避免設備內(nèi)部產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。

（三）設計所采取的措施

在機電管理計算機設計中，可以采取如下措施：

1.防止外界電磁干擾：屏蔽是最簡單有效防止外界電磁干擾的方法。要得到較好的屏蔽效果，必須解決接地和屏蔽的關系。接地是屏蔽的基礎，只有接地良好，屏蔽才能良好地發(fā)揮作用。在實際中，要盡可能地使屏蔽體與大地有良好的接觸。

2.抑制電磁干擾源：在機電管理計算機設計中，可以采取以下措施來抑制電磁干擾源對敏感電路的影響：①盡可能使敏感電路遠離干擾源；②控制元器件參數(shù)，使其與干擾源的參數(shù)相匹配；③選擇適當?shù)拿舾性?；④加強電源濾波和信號濾波。

3.抑制電源和信號線耦合：在機電管理計算機中，電源線、地線及信號線之間會存在電磁耦合。這種耦合會影響其他設備的正常工作，嚴重時還會導致系統(tǒng)不能正常工作。因此，應盡量避免電源線、地線及信號線之間產(chǎn)生電磁耦合。

從上述分析可知，機電管理計算機系統(tǒng)的電磁兼容性設計是一項十分重要的工作，它對保證機電管理計算機的正常工作有著十分重要的作用。機電管理計算機系統(tǒng)電磁兼容性設計必須遵循電磁兼容原理，針對系統(tǒng)內(nèi)部和外部不同的電磁環(huán)境，采取相應的措施。如，改善電源抗干擾性能；合理布局，減少傳導干擾；正確布線，降低輻射干擾；屏蔽干擾源對敏感電路的影響；濾波，抑制系統(tǒng)內(nèi)的干擾；提高計算機及部件本身對干擾信號的抗擾度等。 隨著信息技術的不斷發(fā)展，機電管理計算機系統(tǒng)正在朝著網(wǎng)絡化、智能化、高速化方向發(fā)展。在機電管理計算機系統(tǒng)的電磁兼容設計中，必須根據(jù)實際情況，不斷探索新技術、新方法，以提高機電管理計算機系統(tǒng)抗干擾能力[5]。

五、抗干擾設計措施

第一，在機電管理計算機系統(tǒng)中，模擬地、電源線及數(shù)據(jù)線分別用獨立的地線或雙絞線來連接，并在地線上設置屏蔽層；對于模擬地和數(shù)字地應分開，以提高抗干擾能力，并遠離強電設備的電源線；系統(tǒng)中的電源線和信號線應分開走線，并避免在同一個接點上引線過長。第二，在機電管理計算機系統(tǒng)中，各模塊的電源應采用隔離變壓器，以減少電源間的相互干擾。

第三，在機電管理計算機系統(tǒng)中，屏蔽層的屏蔽效果顯著，因此，應盡可能使機箱內(nèi)各模塊及印制電路板不與外界有聯(lián)系或被干擾。對于計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送和控制信號傳送，應采用雙絞線或多股銅線傳輸。對于信號傳送，應盡量減少由電磁感應產(chǎn)生的干擾，最好使用屏蔽電纜；對于外部設備（如電源、晶振等）輸入/輸出接口及連接方式也要采取相應的屏蔽措施[6]。

第四，機電管理計算機系統(tǒng)中各模塊及印制電路板上的元器件應盡量采用貼片封裝技術；同時對印制電路板上的元器件進行合理布局，使信號線、電源線和地線三者形成一條等長的直線。

第五，當機電管理計算機系統(tǒng)中有多個信號輸入/輸出通道時，為了防止在某一路信號輸入/輸出通道中產(chǎn)生干擾信號，應對該信號進行濾波處理。常用的濾波器有陷波器、微分電路、積分器、低通濾波器等。

六、系統(tǒng)屏蔽

要對機電管理計算機系統(tǒng)進行有效屏蔽，必須保證電磁屏蔽的有效性。系統(tǒng)屏蔽是一種通過外部裝置實現(xiàn)對內(nèi)部系統(tǒng)的電磁屏蔽，即利用各種手段來限制干擾源通過各種途徑進入被保護的系統(tǒng)，使干擾源不能進入系統(tǒng)內(nèi)部，從而保證被保護系統(tǒng)的安全。 對于干擾源來說，應采取以下措施：

第一，將干擾源從外部設備或系統(tǒng)中隔離開來，或者與之共用屏蔽外殼。采用多層屏蔽，降低干擾源進入系統(tǒng)的可能性。對于一般信號線，可用屏蔽電纜將其與地線連接起來。

第二，對可能受干擾的地方應加隔離。如，將輸入/輸出端之間用雙絞線或同軸電纜連接起來。

第三，屏蔽材料應盡量選用無磁性材料。當使用磁性材料時，應加磁屏蔽裝置。

第四，對于高頻信號，應考慮對高頻電路和高頻信號使用屏蔽電纜和多層屏蔽電纜。

第五，用磁環(huán)、磁棒等磁導率高的磁化材料代替磁阻尼材料。采用磁環(huán)或磁棒等磁導率高的磁化材料時，應考慮使之具有更大的阻尼能力，以減小系統(tǒng)共振頻率附近所受的電磁感應影響。另外，還可以采用其他方法，如利用金屬波紋管、磁流體等使電磁場能量衰減和耦合。

七、結(jié)語

機電管理計算機的電磁兼容性設計對于機電管理計算機的正常運行和使用具有非常重要的作用，因此，相關工作人員要加強對其電磁兼容性設計的研究，保證在實際應用中具有良好的電磁兼容性。具體來講，相關工作人員可以從以下幾個方面進行研究：首先，要加強對機電管理計算機內(nèi)部元器件之間的電磁干擾進行研究。機電管理計算機的內(nèi)部元器件之間存在著較大的電磁干擾，這主要是由于元器件之間存在著一定的電磁耦合。通過采取措施減少元器件之間的電磁耦合，保證其具有良好的電磁兼容性。機電管理計算機主要是通過外接設備來實現(xiàn)其功能，而外部環(huán)境會對其產(chǎn)生較大的影響。通過采取措施減少外部環(huán)境對機電管理計算機產(chǎn)生不利影響，保證其正常運行。機電管理計算機內(nèi)部含有大量按鈕、開關等元器件，這些元器件在工作時會產(chǎn)生較大的電磁干擾。因此，相關技術人員要加強對軟件、硬件設計等方面的研究，保證良好的電磁兼容性。只有這樣才能保證機電管理計算機在實際工作中具有良好的穩(wěn)定性和安全性，更好地推動我國科技進步與發(fā)展。

參考文獻

[1]張敏.機電管理計算機的電磁兼容性設計研究[J].計算機世界，2015（13）：39-42.

[2]朱文勝.基于多核處理器的機電管理計算機系統(tǒng)設計及應用研究[J].電子信息學報，2016（17）：903-904.

[3]王禹.電磁兼容技術[J] .航空計算機技術，2001（02）：58-61.

[4]周蕓，柯敏毅.高速PCB板設計研究[J].通信電源技術，2008，25（02）：23-26.

[5]齊志強.高速PCB設計經(jīng)驗與體會[J].電子設計工程，2011（16）：141-143.

[6]白同云.電磁兼容設計實例精選[M].北京：中國電力出版社，2008.

作者單位：榆林學院能源工程學院

■ 責任編輯：周航