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電磁兼容性或電磁兼容（EMC）是在電學(xué)中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。目標(biāo)是在相同環(huán)境下，涉及電磁現(xiàn)象的不同設(shè)備都能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且不對(duì)此環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾之能力。下面分幾部分詳細(xì)介紹：

 

第一部分   電磁騷擾的耦合機(jī)理  

1.基本概念

電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導(dǎo)騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導(dǎo)體傳播的電磁騷擾，叫傳導(dǎo)騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。

 

2.傳導(dǎo)干擾 

（1）共阻抗耦合

由兩個(gè)回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流 i，或變化的電流 di/dt。

當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過一個(gè)公共阻抗時(shí)，就發(fā)生了公共阻抗耦合。由于地線就是信號(hào)的回流線，因此當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，彼此也會(huì)相互影響。對(duì)于兩個(gè)共用電源的電路也存在這個(gè)問題。解決的辦法是對(duì)每個(gè)電路分別供電，或加解耦電路。

（2）容性耦合

在干擾源與干擾對(duì)稱之間存在著分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場(chǎng)，即變化的電壓 du/dt。

（3）感性耦合

在干擾源與干擾對(duì)稱之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場(chǎng)，即變化的電流 di/dt。

當(dāng)信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)，信號(hào)路徑與返回路徑之間將產(chǎn)生電場(chǎng)，圍繞在信號(hào)路徑和返回路徑周圍也有磁場(chǎng),這些延伸出去的場(chǎng)稱為邊緣場(chǎng)。

變化的電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,當(dāng)一個(gè)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的布線進(jìn)入另一網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的邊緣場(chǎng)時(shí)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)電壓和電流發(fā)生變化， 這種兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間通過場(chǎng)相互作用被稱做耦合，分為容性耦合和感性耦合，把耦合電容和耦合電感分別稱做互容和互感。

（4）共阻抗耦合干擾抑制方法

讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此信號(hào)相互獨(dú)立，互不連接，避免電路耦合。

限制耦合阻抗，讓耦合阻抗愈低愈好，使導(dǎo)線電阻和導(dǎo)線電感都盡可能小。

電路去耦：即各個(gè)不同的電流回路之間僅在唯一的一點(diǎn)作電的連接，不流過電路性干擾電流，達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。

隔離：電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)（比如信號(hào)傳輸設(shè)備和大功率電氣設(shè)備之間），常采用隔離技術(shù)。

 

3.輻射干擾

（1）近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)

干擾通過空間傳輸實(shí)質(zhì)上是干擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播?？煞譃榻鼒?chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。近場(chǎng)又稱感應(yīng)場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng)。判定近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的準(zhǔn)則是以離場(chǎng)源的距離 r 來定的。

遠(yuǎn)場(chǎng)：

 

 

我們常用波阻抗來描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系，波阻抗定義為：

Zo=E/H

在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向垂直并且都和傳播方向垂直稱為平面波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的比值為固定值，為 Zo=120∏=377 歐。下圖為波阻抗與距離的關(guān)系。

 

（2）減少輻射干擾的措施

減小輻射干擾的措施主要有：

輻射屏蔽：在干擾源和干擾對(duì)象之間插入一金屬屏蔽物，阻擋干擾傳播。

極化隔離：干擾源與干擾對(duì)象在布局上采取極化隔離措施。

距離隔離：拉開干擾源與被干擾對(duì)象之間的距離，這是由于在近場(chǎng)區(qū)，場(chǎng)量強(qiáng)度與距離平方或立方成比例，當(dāng)距離增大時(shí)，場(chǎng)衰減很快。

吸收涂層法：被干擾對(duì)象有時(shí)可涂復(fù)一層吸收電磁波的材料，以減小干擾。

 

第二部分  電磁干擾的模式 

1.共模干擾與差模干擾

共模干擾（Common-mode）：兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。

差模干擾（Differential-mode）：兩導(dǎo)線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。

 

 

共模(Common mode)是指存在于兩根或多根導(dǎo)線中，流經(jīng)所有導(dǎo)線的電流都是同極性的，差模(Differential mode)是指在導(dǎo)線對(duì)上的電流極性是相反的。

共模干擾的干擾電流在電纜中的所有導(dǎo)線上幅度／相位相同，它在電纜與大地之間形成回路流動(dòng)，見圖(a)。差模干擾的干擾電流在信號(hào)線與信號(hào)地線之間流動(dòng)，見圖(b)。

由于共模干擾與差模干擾的干擾電流在電纜上的流動(dòng)方式不同，對(duì)這兩種干擾電流的濾波方法也不相同。因此在進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)之前必須了解所面對(duì)的干擾電流的類型。

2.PCB的輻射與線纜的輻射

（1）PCB輻射

PCB 上有許多信號(hào)環(huán)路，其中有差模電流環(huán)也有共模電流環(huán)，計(jì)算其輻射強(qiáng)度時(shí)，可等效為環(huán)天線，輻射強(qiáng)度由下式計(jì)算：

（2）線纜的輻射

計(jì)算線纜的輻射強(qiáng)度時(shí)，將其等效為單極天線，其輻射強(qiáng)度由下式計(jì)算：

 

 

以上兩式可以看出線纜的輻射效率遠(yuǎn)大于 PCB 的輻射效率。

 

第三部分   電磁屏蔽理論 

1.屏蔽效能的概念

屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減小電磁能傳輸?shù)囊环N技術(shù)，是抑制電磁干擾的重要手段之一。屏蔽有兩個(gè)目的，一內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該內(nèi)部區(qū)域，二是防止外來的輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域。

2.電纜的屏蔽設(shè)計(jì)

如果導(dǎo)體從屏蔽體中穿出去，將對(duì)屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。

電纜穿透的作用是將屏蔽體內(nèi)外通過導(dǎo)線連通，等效于兩個(gè)背靠背的天線，對(duì)屏蔽體的屏蔽有極大的影響。

為了避免電纜穿透對(duì)屏蔽體的影響，可以從幾個(gè)方面采取措施：

采用屏蔽電纜時(shí)，采用夾線結(jié)構(gòu)，保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地。；用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號(hào)接出屏蔽體來保證電纜屏蔽層的可靠接地。

 采用非屏蔽電纜時(shí)，采用濾波連接器轉(zhuǎn)接，保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。電纜在屏蔽體的內(nèi)側(cè)（或者外側(cè)）要足夠短，使干擾信號(hào)不能有效地耦合出去，從而減小了電纜穿透的影響。

 電源線通過電源濾波器出屏蔽體，保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

 

第四部分 接地設(shè)計(jì) 

接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)備電磁兼容性的重要手段之一。

1.接地的概念

電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。 

接地的目的有兩個(gè)：一是為了安全，稱為保護(hù)接地。二是為電流返回其源提供低阻抗通道。

（1） 保護(hù)接地

保護(hù)接地是為了保護(hù)設(shè)備、裝置、電路及人身的安全。保護(hù)原理是：通過把帶故障電壓的設(shè)備外殼短路到大地或地線端，保護(hù)過程中產(chǎn)生的短路電流使熔絲或空氣開關(guān)斷開，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人員安全的作用。

（2）工作接地

工作地是單板、母板或系統(tǒng)之間信號(hào)的等電位參考點(diǎn)或參考平面，它給信號(hào)回流提供了低的阻抗通道。信號(hào)質(zhì)量很大程度上依賴于工作接地質(zhì)量的好壞。信號(hào)越弱，信號(hào)頻率越高，這種影響就越嚴(yán)重。盡管如此，在設(shè)計(jì)和施工中最大限度地降低工作接地導(dǎo)體的阻抗仍然是非常重要的。

第五部分  濾波設(shè)計(jì)    

1.濾波電路的基本概念  

濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，低通濾波器是電磁兼容抑制技術(shù)中普遍應(yīng)用的濾波器。為了減小電源和信號(hào)線纜對(duì)外輻射，接口電路和電源電路必須進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)。

2.電源EMI濾波器

電源 EMI 濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它一端接電源，另一端接負(fù)載。在所關(guān)心的衰減頻帶的較高頻段，可把電源 EMI 濾波器看作是“阻抗失配網(wǎng)絡(luò)”。

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，濾波器阻抗兩側(cè)端口阻抗失配越大，對(duì)電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線側(cè)的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側(cè)的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對(duì)低阻抗的電源側(cè)，應(yīng)配高輸入阻抗的濾波器；對(duì)高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)配低輸出阻抗的濾波器。

普通的電源濾波器對(duì)于數(shù)十兆以下的干擾信號(hào)有較好的濾波作用,在較高頻段,由于電容的電感效應(yīng),其濾波性能將會(huì)下降。對(duì)于頻率較高的干擾情況，要使用饋通式濾波器。該濾波器由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴(kuò)展到 GHz，因此在無線產(chǎn)品中使用較多。

總結(jié)：濾波器的使用，最重要的問題是接地問題。只有接地良好的濾波器才能發(fā)揮其濾波作用，否則是沒有價(jià)值的。濾波器使用要注意以下問題：

濾波器放置在電源的入口位置；

饋通濾波器要放置在機(jī)箱（機(jī)柜）的金屬壁上；

濾波器直接與機(jī)柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護(hù)漆；

濾波器的輸入輸出引線不能并行，交叉。