電磁兼容的概念及設(shè)計(jì)方法

屏蔽的注意事項(xiàng)

——鐵磁性導(dǎo)體的靜態(tài)磁屏蔽適用于低頻磁場(chǎng)。屏蔽的效果與屏蔽材料的相對(duì)磁導(dǎo)率μr、厚度d、幾何形狀以及磁場(chǎng)方向有關(guān)。例如橫向磁場(chǎng)中的圓球的屏蔽系數(shù)as為

as=20lg（1＋μrd/2r） （16）

式中：r為圓球的內(nèi)徑

——良導(dǎo)體感應(yīng)渦流的動(dòng)態(tài)磁屏蔽適用于高頻磁場(chǎng)。屏蔽的效果與屏蔽材料的性質(zhì)，幾何形狀，屏蔽的密閉程度以及磁場(chǎng)的頻率有關(guān)。屏蔽系數(shù)ad可用式（17）進(jìn)行近似計(jì)算

ad=20lg（μof/2Zk） （17）

式中：μo為真空導(dǎo)磁率；

f為磁場(chǎng)的頻率；

Zk為耦合阻抗。

——網(wǎng)孔狀的屏蔽系數(shù)與孔的面積占總面積的比例有關(guān)。

4）平衡

平衡的目的采用平衡的方法，可以減小或免除電感性耦合的電磁干擾。

平衡的方法

——磁場(chǎng)去耦即使被干擾回路耦合的干擾源磁場(chǎng)最少。例如安排兩個(gè)回路垂直放置，可達(dá)到磁場(chǎng)去耦的目的。

——磁場(chǎng)抵消因?yàn)楦蓴_磁場(chǎng)引起的感應(yīng)電流在相鄰絞線回路的同一根導(dǎo)線上方向相反，相互抵銷(xiāo)。為對(duì)磁場(chǎng)干擾取得較好的抑制效果，屏蔽雙絞線的節(jié)距不可太大，即單位長(zhǎng)度絞合數(shù)越多，磁場(chǎng)抵消效果越好。

5.2.4 幅射性耦合

幅射性耦合是電磁場(chǎng)通過(guò)空間耦合到被干擾對(duì)象的。如被干擾對(duì)象是兩根導(dǎo)線，它就是接收電場(chǎng)的天線。天線的等值電路圖見(jiàn)圖3。

圖 3 天 線 的 等 值 電 路 圖

等值電壓源U（即接收的干擾電壓）為

U=Eh (18)

式中：E為電場(chǎng)強(qiáng)度；

h為天線有效高度。

內(nèi)阻R為

R=1580（h/λ）2 (19)

式中：λ為電磁場(chǎng)波長(zhǎng)。

如被干擾對(duì)象是一環(huán)線，通過(guò)環(huán)線面積S的磁場(chǎng)將產(chǎn)生干擾電壓U為

U=BdS/dt （20）

式中：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

幅射性耦合的電磁兼容設(shè)計(jì)方法是

1）采用空間分離的方法即把相互容易干擾的設(shè)備和導(dǎo)線盡量安排得遠(yuǎn)一些，并調(diào)整電磁場(chǎng)矢量方向，使接收設(shè)備耦合的干擾電磁場(chǎng)最低。

2）采用時(shí)間分離的方法即使產(chǎn)生輻射的設(shè)備和易接收輻射的設(shè)備在不同的時(shí)間工作。

3）采用頻率分離的方法即使產(chǎn)生輻射的設(shè)備和易接收輻射的設(shè)備的工作頻率不同。

4）采用屏蔽的措施即用屏蔽材料將被干擾對(duì)象封閉起來(lái)，使其內(nèi)部電磁場(chǎng)強(qiáng)低于允許值的一種措施。屏蔽的效果用屏蔽系數(shù)來(lái)衡量。

5）減小天線有效高度。

6）減少環(huán)線面積。

5.3 對(duì)易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件的設(shè)計(jì)方法

通常用敏感度來(lái)描述敏感設(shè)備對(duì)電磁干擾響應(yīng)的程度。敏感度越高，表示對(duì)干擾作用響應(yīng)的可能性越大，即抗電磁干擾的能力越差。因此，一般認(rèn)為電子設(shè)備的敏感度主要取決于它的靈敏度和頻帶寬度。電子設(shè)備主要由模擬電路和數(shù)字電路組成。

5.3.1 模擬電路

模擬電路的電磁兼容設(shè)計(jì)方法是

1）優(yōu)選電路

例如，設(shè)計(jì)低噪聲電路，減少帶寬，抑制干擾傳輸；平衡輸入，抑制干擾；選用高質(zhì)量電源等。

2）采用如下幾種信號(hào)濾波器

——低通濾波器

當(dāng)干擾信號(hào)的頻帶高于有用信號(hào)的頻帶比較遠(yuǎn)時(shí)，可采用低通濾波器來(lái)濾除干擾信號(hào)。

RC低通濾波器的信噪比σL為

σL={1＋[SRL/(R＋RL)]2}1/2 (21)

式中：S=2πfRC；

f為信號(hào)的頻率（Hz）；

R為濾波器的電阻（Ω）；

RL為負(fù)載的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）。

——高通濾波器

當(dāng)干擾信號(hào)的頻帶低于有用信號(hào)的頻帶比較遠(yuǎn)時(shí)，可采用高通濾波器來(lái)濾除干擾信號(hào)。

RC高通濾波器的信噪比σG為

σG=[S2/(1＋S2)]1/2 （22）

式中：S=2πfRC；

f為信號(hào)的頻率（Hz）；

R為濾波器的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）。

——LC濾波器

當(dāng)干擾信號(hào)的頻帶雖高于、但接近于有用信號(hào)的頻帶時(shí)，可采用LC濾波器來(lái)濾除干擾信號(hào)。

LC濾波器的信噪比σY為（當(dāng)L=CRL2時(shí)）

σY=[（1－ω2LC）2＋(ωL/RL)2]1/2 （22）

式中：ω=2πf；

f為信號(hào)的頻率（Hz）；

RL為負(fù)載的電阻（Ω）；

C為濾波器的電容（F）；

L為濾波器的電感(H)。

——選通濾波器

當(dāng)干擾信號(hào)的頻帶為不連續(xù)時(shí)，可采用選通濾波器來(lái)濾除干擾信號(hào)。

針對(duì)不同干擾信號(hào)的頻帶和負(fù)載，可以應(yīng)用LC選通濾波器或RC選通濾波器。其中LC選通濾波器分并聯(lián)諧振式和串聯(lián)諧振式兩種型式。

5.3.2 數(shù)字電路

數(shù)字電路的電磁兼容設(shè)計(jì)方法是

1）在工作指標(biāo)許可的條件下，采用直流噪聲容限高的數(shù)字電路。例如，CMOS數(shù)字電路的直流噪聲容限遠(yuǎn)高于TTL數(shù)字電路的直流噪聲容限。

2）在工作指標(biāo)許可的條件下，采用開(kāi)關(guān)速度低的數(shù)字電路。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)速度越高，由它引起的電壓或電流的變化越快，就越容易產(chǎn)生電路間的耦合干擾。

3）提高門(mén)檻電壓，可以利用在電路前設(shè)置分壓器或穩(wěn)壓管的方法來(lái)提高門(mén)檻電壓。

4）懸空長(zhǎng)線具有天線效應(yīng)，易于接收電磁波而產(chǎn)生干擾，為此可用RC網(wǎng)絡(luò)加以吸收，或作不懸空處理。

5）采用負(fù)載阻抗匹配的措施，即使負(fù)載阻抗等于信號(hào)線的波阻抗，這樣一來(lái)將會(huì)消除數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于折射和反射的作用而產(chǎn)生的畸變。比如，在測(cè)量一個(gè)方波時(shí)，如果阻抗不匹配，示波器顯示的將不是一個(gè)方波，而是一種多次振蕩的波形，其原因除了波形失真外，還由于方波信號(hào)的多次折射和反射。

6 結(jié)語(yǔ)

為了使電子設(shè)備可靠地運(yùn)行，必須深入研究電磁兼容技術(shù)。本文用具體實(shí)例說(shuō)明了電磁兼容的重要性和一些設(shè)計(jì)方法。特別注重要對(duì)電磁干擾源有明確認(rèn)識(shí)，對(duì)電磁干擾引入路徑有清楚了解，對(duì)電磁干擾敏感的接收電路進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。