隨著電子設(shè)備的普及和電磁環(huán)境日益復(fù)雜，EMI電磁干擾的問題日益突出。本文將圍繞EMI展開介紹，從原理、影響以及解決方法等多方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、EMI電磁干擾的基本概念

EMI電磁干擾指的是電磁場(chǎng)或電磁波對(duì)電子設(shè)備、電路或系統(tǒng)造成的不良影響。它可能來自于外部環(huán)境，也可能由設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生。EMI會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降、通訊中斷甚至故障，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。

二、EMI的分類

1、傳導(dǎo)干擾：通過傳導(dǎo)媒介(如電源線、信號(hào)線等)傳播的干擾信號(hào);

2、輻射干擾：通過空氣傳播的電磁波干擾，如無線電波、微波等;

3、互調(diào)干擾：在不同頻率信號(hào)相互作用下產(chǎn)生的干擾。

三、電磁干擾的影響

1、設(shè)備性能下降：干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備性能下降，如傳感器誤差增大、通訊速率降低等;

2、安全隱患：在醫(yī)療設(shè)備、航空航天系統(tǒng)等領(lǐng)域，EMI可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故;

3、法規(guī)要求：各國(guó)針對(duì)EMI都有相應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備需符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以保證產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)準(zhǔn)入。

四、EMC電磁兼容性解決方案

1、EMI濾波器的應(yīng)用：通過在電源線、信號(hào)線等關(guān)鍵部位設(shè)置EMI濾波器，抑制干擾信號(hào)的傳播;

2、屏蔽技術(shù)的應(yīng)用：采用金屬屏蔽罩、屏蔽材料等措施，阻隔外部電磁波的干擾;

3、地線設(shè)計(jì)：合理的地線設(shè)計(jì)可以有效降低傳導(dǎo)干擾。

五、EMI測(cè)試與認(rèn)證

為了確保設(shè)備符合EMI的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通常需要進(jìn)行EMI測(cè)試，并獲得相應(yīng)的認(rèn)證。測(cè)試內(nèi)容包括輻射發(fā)射測(cè)試、傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試、抗干擾能力測(cè)試等，通過測(cè)試獲得認(rèn)證標(biāo)志，表明產(chǎn)品符合EMI相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

對(duì)策1:盡量減少各回路的有效面積

傳導(dǎo)干擾有差分模干擾和共模干擾兩種，讓我們先看看傳導(dǎo)干擾是如何產(chǎn)生的。如圖1所示，回路電流產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。里面有幾個(gè)回路電流。我們可以把每個(gè)回路看作一個(gè)感應(yīng)線圈或變壓器線圈的一次和二次。當(dāng)有電流流過一個(gè)電路時(shí)，另一個(gè)電路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生干擾。減少干擾最有效的方法是盡量減少每個(gè)回路的有效面積。

對(duì)策2:屏蔽并減小每個(gè)電流環(huán)的面積和帶電導(dǎo)體的面積和長(zhǎng)度

如圖2所示，E1、E2、E3、E4為磁場(chǎng)對(duì)回路誘導(dǎo)的差動(dòng)模干擾信號(hào);E5、E6、E7、E8是磁場(chǎng)對(duì)地回路的共模干擾信號(hào)。共模信號(hào)的一端是整個(gè)電路板，另一端是地球。線路板上的共用端子不能視為接地。不要將公用端子與外殼連接。除非機(jī)箱接地，否則共用端子和外殼會(huì)增加輻射天線的有效面積，共用模輻射干擾會(huì)更加嚴(yán)重。一是屏蔽，二是減小每個(gè)電流環(huán)的面積(磁場(chǎng)干擾)，減小帶電導(dǎo)體的面積和長(zhǎng)度(電場(chǎng)干擾)。

對(duì)策3:對(duì)變壓器進(jìn)行磁屏蔽，盡量減小各電流回路的有效面積

如圖3所示，在所有的電磁感應(yīng)干擾中，變壓器漏感最為嚴(yán)重。如果以變壓器的漏電感為該變壓器的感應(yīng)線圈的初級(jí)，則可將其他電路視為該變壓器的次級(jí)電路。減小干擾的方法是對(duì)變壓器進(jìn)行屏蔽，盡量減小各電流環(huán)的有效面積。

對(duì)策4:用銅箔屏蔽變壓器

如圖4所示，屏蔽變壓器的主要目的是減少變壓器漏感磁通對(duì)周圍電路的電磁感應(yīng)干擾，以及外部的電磁輻射干擾。原則上，非磁性材料不能直接屏蔽漏磁，但銅箔是一種良導(dǎo)體。交流漏磁通過銅箔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與漏磁方向正好相反，可以抵消部分漏磁。因此，銅箔對(duì)磁通也能起到很好的屏蔽作用。

對(duì)策5:采用雙線傳輸和阻抗匹配

如圖5所示，如果兩根相鄰導(dǎo)線的電流相等，電流方向相反，它們所產(chǎn)生的磁力線可以相互抵消。對(duì)于干擾嚴(yán)重或容易被干擾的電路，盡量使用雙線傳輸信號(hào)，不要使用公共地傳輸信號(hào)，公共地電流越小，干擾越小。當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度等于或大于波長(zhǎng)的四分之一時(shí)，傳輸線中必須考慮阻抗匹配問題。不匹配的傳輸線會(huì)產(chǎn)生駐波，對(duì)周圍電路產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射干擾。

對(duì)策6:減小電流電路的面積

如圖6所示，磁場(chǎng)輻射干擾主要是由流經(jīng)高頻電流電路進(jìn)入接收電路的磁通引起的。因此，應(yīng)盡量減小流經(jīng)高頻電流電路和接收電路的面積。E1,Φ1,S1和B1 EMF,通量,面積和通量密度產(chǎn)生的輻射電流電路;E2Φ2 S2和B2 EMF,通量,面積和通量密度分別輻射電流電路中產(chǎn)生。

下圖詳細(xì)顯示了當(dāng)前環(huán)路輻射。如圖所示，S1為整流輸出濾波電路，C1為儲(chǔ)能濾波電容，I1為回路高頻電流。這個(gè)電流是所有電流電路中最大的，磁場(chǎng)干擾也是最嚴(yán)重的。S1的面積應(yīng)該盡可能的縮小。

在S2電路中，基本上沒有高頻回路電流，并且?I2主要是電源紋波電流，且高頻分量較小，所以基本上不需要考慮S2的面積大小。C2為儲(chǔ)能濾波電容器，為負(fù)載R1提供能量。R1和R2不是簡(jiǎn)單的負(fù)載電阻，而是高頻電路負(fù)載。高頻電流I3基本由C2提供，C2的位置比較重要。它的連接位置應(yīng)該考慮S3的最小面積。還有一個(gè)?S3中的I3，主要是電源的紋波電流，也有少量高頻電流成分。在S4電路中，基本上沒有高頻電路電流，并且?I4主要是電源紋波電流，高頻分量相對(duì)較小。因此，S4的面積大小基本上不需要考慮。S5電路與S3電路基本相同，i5電流環(huán)面積應(yīng)盡可能小。

對(duì)策7:不要使用多路串聯(lián)電源

圖7中的幾個(gè)電流電路串聯(lián)在供電電源上，容易產(chǎn)生電流共模干擾，特別是在高頻放大電路中，產(chǎn)生高頻噪聲。電流共模干擾的原因?yàn)?I2 =?I3 + ?當(dāng)+ ?I5

在圖8中，每個(gè)電流回路彼此分開并并聯(lián)供電。每個(gè)電流回路是獨(dú)立的，不會(huì)產(chǎn)生共模干擾。

對(duì)策8:避免干擾信號(hào)在電路中發(fā)生共振

如圖9所示，共模天線的一極為整個(gè)電路板，另一極為連接電纜中的地線。減少輻射干擾最有效的方法是對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行屏蔽，并對(duì)外殼進(jìn)行接地。電場(chǎng)輻射干擾的原因是導(dǎo)體或引線由高頻信號(hào)充電，應(yīng)盡量減小導(dǎo)體的長(zhǎng)度和表面積。磁場(chǎng)干擾的原因是導(dǎo)體或電路中有高頻電流流過，所以電路板中電流環(huán)的長(zhǎng)度和面積應(yīng)盡量減小。頻率越高，電磁輻射干擾越嚴(yán)重;當(dāng)載流子的長(zhǎng)度與信號(hào)的波長(zhǎng)相比較時(shí)，會(huì)增強(qiáng)干擾信號(hào)的輻射。

當(dāng)載液長(zhǎng)度等于干擾信號(hào)四分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)在電路中產(chǎn)生共振，輻射干擾最強(qiáng)，應(yīng)盡量避免。、

電磁干擾解決方案

針對(duì)電子設(shè)備中出現(xiàn)的電磁干擾問題，工程師們通過不斷的研究和實(shí)踐，提出了一系列有效的解決方案，旨在提高設(shè)備的抗干擾性能，確保設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠穩(wěn)定工作。下面我們將進(jìn)一步探討一些常用的電磁干擾解決方案。

1.濾波器設(shè)計(jì)：濾波器設(shè)計(jì)是最為常見的解決方案之一。通過在電源線、信號(hào)線等關(guān)鍵部位添加濾波器，可以有效地抑制高頻噪聲和干擾信號(hào)，防止其傳播到其他部件或設(shè)備中。濾波器的選用和設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體的干擾頻率范圍和信號(hào)特性進(jìn)行，合理的濾波器設(shè)計(jì)將大大降低電磁干擾的影響。

2.屏蔽設(shè)計(jì)：屏蔽設(shè)計(jì)在特殊應(yīng)用領(lǐng)域尤為重要。對(duì)于一些特別敏感的電子設(shè)備，如高精密測(cè)量?jī)x器、航空航天設(shè)備等，采用金屬屏蔽或電磁屏蔽技術(shù)可以有效地隔絕外部電磁輻射的影響。屏蔽設(shè)計(jì)需要綜合考慮設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，以確保屏蔽效果的穩(wěn)定和可靠。

3.地線設(shè)計(jì)：地線設(shè)計(jì)也是解決電磁干擾問題的重要方面。合理的地線連接和布局可以降低設(shè)備的接地電阻，減少接地回路引起的干擾。同時(shí)，地線設(shè)計(jì)還可以幫助設(shè)備有效地排除外部干擾，提高設(shè)備的抗干擾能力。

4.合理布局：合理的電路板布局和元件排列也是重要的解決方案之一。通過優(yōu)化電路板的布局和元件的排列，可以減少信號(hào)線和功率線之間的交叉，降低互相干擾的可能性。同時(shí)，避免信號(hào)線和功率線在設(shè)計(jì)中過于接近，也能有效地減少共模干擾的產(chǎn)生。

5.選擇合適元件：選擇合適的元件對(duì)于抑制電磁干擾也是至關(guān)重要的。一些特殊材料制成的低干擾電容、電感等元件，可以在電路設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要的作用，有效地降低電磁干擾水平。

電磁干擾問題是電子信息工程中需要高度重視的挑戰(zhàn)之一。通過濾波器設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、地線設(shè)計(jì)、合理布局和選擇合適元件等一系列解決方案，我們可以不斷提高電子設(shè)備的抗干擾性能，確保設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。