抗电磁干扰技术

一． 电磁干扰 1.电磁干扰的定义：

（1）电磁骚扰（EMD: ElectroMagnetic Disturbance ）

电磁骚扰是“任何可能引起装置、设备或系统性能降级或对有生命或无生命产生作用的电磁现象。电磁骚扰可能是电磁噪声、无用信号或传输媒介自身的变化”。

(2) 电磁干扰（EMI,ElectroMagnetic Interference ）

电磁干扰是“电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降”。电磁骚扰仅仅是电磁现象。即客观存在的一种物理现象，它可能引起设备性能的降级或损害，但不一定已经形成后果。而电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。

2.电磁干扰对人类活动有三大危害 电磁干扰会破坏或降低电子设备的工作性能

电磁干扰能量可能引起易燃易爆物的起火和爆炸

电磁干扰能量可对人体组织器官造成伤害，危及人类的身体健康

3.EMI 的产生原因

各种形式的电磁干扰是影响电子设备兼容性的主要原因。因此，了解电磁干扰的产生原因是抑制电磁干扰，提高电子产品电磁兼容性的重要前提。电磁干扰的产生可以分为：

A. 内部干扰-----内部电子元件之间的相互干扰

(1) 工作电源通过线路的分布电源和绝缘电阻产生漏电造成的干扰。

(2) 信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互相耦合，或导线之间的互感造成的影响。

(3) 设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身及其他元件的稳定性造成的干扰。

(4) 大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其他部件造成的干扰。

B. 外部干扰——电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的影响。

(1) 外部高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统。

(2) 外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统。

(3) 空间电磁对电子线路或系统产生的干扰。

(4) 工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰。 4.电磁干扰三要素：

理沦和实践的研究证明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件：干扰源、干扰传播途径(或耦合途径)、敏感设备。

(1) 干扰源(指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象)；

(2) 干扰传播途径(或耦合途径) ( 指将电磁干扰能量传输到受干扰设备的通道或媒介)；

(3) 敏感设备（对电磁干扰发生响应的设备）；

其简单示意图如下图所示

5.电磁干扰传输方式

一般而言，从各种电磁干扰源至敏感设备的通路或媒介，即电磁干扰传播途径，有两种形传导耦合

辐射耦合干扰源敏感设备

干扰传播途径

式: 传导传输方式和辐射传输方式。

(1) 传导传输方式：传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，发生干扰现象。

(2) 辐射传输方式：辐射传输是通过介质（例如空气等）以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。（当干扰源频率较高，且干扰信号波长比被干扰对象结构尺寸小，则干扰信号可认为是辐射场，以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量，并进入被干扰对象的通路。）

（例如：电吹风产生的电磁波干扰以两种途径到达电视机：一是通过共用的电源插座，二是以空间电磁场传输的方式由电视机的天线接收，应设法切断这些干扰途径。）

二．电磁兼容

1.电磁兼容（EMC）概念

事实上，电磁干扰在我们的生活中无处不在，为了减少或者避免不必要的危害，我国从２０世纪80年代至今已制定了上百个电磁兼容的国家标准，强制要求多数电气设备必须通过相关电磁兼容标准的性能测试，否则为不合格产品。

电磁兼容是指电子系统在规定的电磁干扰环境中能正常工作的能力，而且也不向处于同一环境的其它设备释放超过允许范围的电磁干扰。即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中的其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级，它也不会使同一电磁环境中其他设备(分系统、系统)因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。

电磁兼容性和我们所熟悉的安全性一样，是产品质量最重要的指标之一。安全性涉及人身和财产，而电磁兼容性则涉及人身和环境保护。电子设备在结构上和选料等问题，都决定电磁兼容是否有问题。。

2.抗电磁干扰技术(电磁兼容控制技术)

针对破坏干扰途径的目标，常用的抗干扰技术有滤波、接地、屏蔽、隔离等技术。

滤波技术：根据频率选择性地抑制干扰信号

接地技术：保护人身和设备安全；提供参考零电位；阻隔地环路

屏蔽技术：可抑制电磁干扰在空间的传播，并切断辐射干扰的传播途径

隔离技术：阻断干扰信号传导通路，并抑制干扰信号强度

A.滤波技术

滤波的实质：从混有噪声或干扰的原信号中，提取到有用信号，或者说是将信号频谱划分成有用频率分量和干扰频率分量两段，剔除干扰部分。滤波主要用来防止传导干扰。滤波器是实现滤波的元器件。滤波器的作用就是要限制接收装置的频带，使得在不影响有用信号的前提下抑制无用信号。滤波器的技术指标包括插入损耗、频率特性、阻抗特性、额定电压、额定电流、外形尺寸、工作环境、可靠性等。

滤波器频率特性分类：

高通: 只通过高频有用成分，剔除截止频率以下的干扰成分

低通: 只通过低频有用成分，抑制或削弱高于截止频率的成分

带通: 只通过某一频带宽度的频率成分，低于或高于带宽的频率成分均不让通过，加以抑制或衰减

带阻: 抑制某一频率宽度范围内的频率成分，带宽以外的频率分量都可以通过按滤波器对干扰信号的处理方式分类：反射式、吸收（损耗式）

B.接地技术：

接地就是一个系统内电气与电子元件至地参考点之间的电传导路径。接地除了提供设备的安全保护地以外，还提供设备运行所必需的信号参考地。理想的接地平面是一个零电位、零阻抗的物理体，它可作为电路中所有信号点评的参考点，并且任何干扰信号通过它，都不会产生电压降。但是，理想的接地平面是不存在的，这就需要我们考虑和分析地电位分布，进行接地设计与研究，找出合适的接地电位。

接地的目的在不同的情况下是不一样的，常见的有：

（1）建立与大地相连的低阻抗通路，使雷击电流、静电放电电流等从接地通路直接流入大地，而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全。

（2）建立设备外壳与附近金属导体之间的低阻抗通路，当设备中存在漏电流时，不致于危及人身安全。

（3）设备或系统的各部分都连接到一个公共点或等位面，以便于有一个公共的参考电位，消除两个悬浮电路之间可能存在的干扰电压。

（4）将屏蔽体接地，使屏蔽发挥作用。

（5）将滤波器接地，使滤波器能起到抑制共模干扰的作用。

（6）印制电路板上的信号电路接到地平面，以提供一个信号的返回通路。

（7）汽车、飞机上的非重要电路接车体或机体的金属外壳，以提供一个电流返回通路。

接地的方式可分为：浮地、单点接地、多点接地、混合接地。对于电路系统来说可选择：电路接地、电源接地和信号接地等方法。

C.屏蔽技术：

就是对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。具体讲，就是利用金属材料制成屏蔽体，将需要防护的元部件、电路、组合件、电缆或整个系统包围起来，可以防止电场或磁场耦合干扰的方法。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量（涡流损耗）、反射能量（电磁波在屏蔽体上的界面反射）和抵消能量（电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场，可抵消部分干扰电磁波）的作用，所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。

屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽和高频磁屏蔽等几种。根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。屏蔽技术是用来防止辐射干扰，其作用是在干扰信号到达被保护电路之前将其衰减。

(1)静电屏蔽：静电屏蔽是用铜或铝等导电性良好的金属为材料制作成封闭的金属容器，把需要屏蔽的电路置于其中，使外部干扰电场的电力场不影响其内部的电路，反之，若封闭的金属容器与地线连接，容器内电路产生的电力线也无法影响外电路。不仅能防止静电干扰，也能防止交变电场干扰。静电屏蔽的容器壁上允许有较小的孔洞（作为引线孔或调试孔），它对屏蔽的影响不大。（例如：开关电源采用带孔的屏蔽外壳，既可散热，又可防止电磁干扰外泄。信号线外裹屏蔽层）

（2）低频磁屏蔽：当干扰电磁波的频率较低时，要采用高导磁率的材料，从而使磁力线限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽的空间去。低频磁屏蔽主要用来隔离低频（一般指50Hz）磁场和固定磁场（也称静磁场，其幅度、方向不随时间变化，如永久磁铁产生的磁场）耦合产生的干扰。