許 糧，羅有萍，曾祥志

（贛南師范學院，江西 贛州 341000）

 

摘  要：分析了電磁騷擾源的特征、電磁騷擾的耦合途徑，提出了減小和抑制電磁干擾措施。

關鍵詞：電磁兼容；接地；屏蔽；濾波；PCB

 

電磁兼容一般指電氣、電子系統及子系統在共同的環境中能執行各自功能的共存狀態，即要求在同一電磁環境中的上述各種電路、設備、子系統能正常工作又不互相干擾，達到“兼容”狀態。

大學生電子設計賽中，所設計的電子系統一般都包含：電源、檢測、控制和執行等部分（或子系統）。各部分（或子系統）工作時，往往會產生電磁干擾這種有害的電磁效應，這種電磁效應輕則使電路（或系統）的性能降低，重則使電路（或系統）失效。因此，為了使所設計的系統中各部分工作達到“兼容”狀態，有必要重視電磁兼容設計問題。

要使系統中各子系統能兼容工作，首先必須了解本系統或外部環境中可能產生電磁騷擾的騷擾源及其耦合途徑；然后對這些騷擾源及耦合途徑采取措施，以減小或抑制這些有害電磁效應對系統工作的影響，以達到各子系統“兼容”狀態。

這里主要討論電子設計中各子系統可能形成騷擾源的電路、器件及所產生

的騷擾信號的特征。

1.1  直流電動機產生的騷擾

在直流電動機中含有換向器和電刷，當電動機轉動時，電動機的換向器與電刷就會不斷地接觸與斷開。當電刷與相鄰的換向器短接時，在與換向器相連接的電樞繞組中有電流流過，緊接著電刷與換向器很快轉入斷開狀態，在此瞬間將產生火花放電騷擾。這個過程是一個重復轉換過程，產生的騷擾具有很寬的頻帶（但頻率很低的騷擾信號分量很小）。通常，在電動機的接線端上，傳導騷擾電壓可達幾十毫伏至幾百毫伏。對非金屬殼體的電動機在1M的距離引起感應電壓可達3000~5000uV。電子設計賽中，學生一般使用小功率的直流電動機，其外殼是金屬外殼，有一定的屏蔽作用，為加強對騷擾輻射的屏蔽，應將電動機外殼接地。

1.2  電源、振蕩器、時鐘電路所形成的騷擾源

電源、振蕩器、時鐘電路所產生的信號進入系統形成的騷擾是周期性的連

續波騷擾，其頻率可能是輸入電源頻率（50Hz）、電源諧波頻率，振蕩頻率及諧波頻率，時鐘頻率及諧波頻率。通常這些騷擾以低電平進入，然后被逐級放大。

一般而言，從各種電磁騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感電路的通路或媒介，即耦合途徑，有兩種方式：一種是傳導耦合方式，另一種是輻射耦合方式。

傳導耦合是騷擾源與敏感電路之間的主要耦合途徑之一。傳導耦合必須在騷擾源與敏感電路之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感電路，產生電磁干擾。傳導耦合的連接電路包括互連導線、電源線、信號線、接地導體、設備的導電構件、公共阻抗、電路元件等。

輻射耦合是電磁騷擾通過其周圍的媒介以電磁波的形式向外傳播，騷擾電磁能量按電磁場的規律向周圍空間發射。輻射耦合的途徑主要有天線、電纜（導線）、機殼的發射對組合。通常將輻射耦合劃分為三種：①天線與天線之間的耦合，指的是天線A發射的電磁波被另一天線B無意接收，從而導致天線A對天線B產生功能性電磁干擾；②場與線的耦合，指的是空間電磁場對存在于其中的導線實施感應耦合，從而在導線上形成分布電磁騷擾源；③線與線的感應耦合，指的是導線之間以及某些部件之間的高頻感應耦合。

實際工程中，敏感電路受到電磁干擾侵襲的耦合途徑是傳導耦合、輻射耦合、感應耦合以及它們的組合。

電磁干擾源、干擾傳播途徑和敏感電路是電磁干擾的三要素，怎樣減小或抑制電磁干擾，主要應從以上三個方面入手，以獲得良好的電磁兼容性。

3.1   從電源著手減小電源對系統的干擾以及電源內阻形成的傳導騷擾耦合

（1）選擇功率合適、漏磁小且內阻小的變壓器組成電源，以減小變壓器漏磁耦合到系統中，形成低頻電源干擾（必要時，還須對變壓器進行屏蔽）。同時由于變壓器內阻小，可減小電源內阻，從而減弱通過公共阻抗形成的電磁騷擾傳導耦合。

（2）改善電源的濾波和穩壓措施，以減小電源內阻及紋波電壓。

（3）對于電流大、可能形成較強騷擾源的部件（如：直流電動機、步進電

動機），為了消除其通過公共阻抗對系統形成干擾，可采用獨立電源對其供電。

3.2  改善地線系統

理想的地線是一個零阻抗，零電位的物理實體，它不僅是信號的參考點，而且電流流過時不會產生電壓降。在具體的電氣、電子系統中，這種理想地線是不存在的，當電流流過地線時，必然會產生電壓降，從而形成騷擾。據此可根據地線中干擾形成機理可歸結為以下兩點，第一，減小地線阻抗和電源饋線阻抗。第二，正確選擇接地方式和阻隔地環路。按接地方式來分有懸浮地、單點接地、多點接地、混合接地。

如果敏感線路的干擾主要來自外部空間或系統外殼，此時可采用懸浮地的方式加以解決，但是懸浮地設備容易產生靜電積累，當電荷達到一定程度后，會產生靜電放電，所以懸浮地不宜用于一般的電子系統。

單點接地適用于頻率低于1MHz的低頻電路，為防止工頻電流及其他雜散電流在信號地線上各點之間產生電位差，信號地線應與電源及安全地線隔離，在電源線接地處單點連接。

多點接地方式適用于頻率高于10MHz的高頻電路，為使多點接地有效，接地導體長度不應超過最高頻率的1/10波長。

混合接地即包含了單點接地的特性，也包含了多點接地的特性，所于，混合接地適用于既然有高頻又有低頻的電子線路中，一般來說，當信號頻率在1~10MHz之間時，比適合采用混合接地方式。

3.3  屏蔽

屏蔽是提高電子系統和電子設備電磁兼容性能的重要措施之一，它能有效的抑制通過空間傳播的各種電磁干擾。屏蔽按機理可分為磁場屏蔽與電場屏蔽及電磁屏蔽。電場屏蔽應注意以下幾點：①選擇高導電性能的材料，并且要有良好的接地。②正確選擇接地點及合理的形狀，最好是屏蔽體直接接地。磁場屏蔽通常只是指對直流或甚低頻磁場的屏蔽，其屏蔽效能遠不如電場屏蔽和電磁屏蔽，磁屏蔽應注意：①要選用鐵磁性材料作屏蔽體。②磁屏蔽體要遠離有磁性的元件，防止磁短路。③可采用雙層屏蔽甚至三層屏蔽。④屏蔽體上的開孔要注意開孔的方向，盡可能使縫隙的長邊平行于磁通流向。一般來說，磁屏蔽不需要接地，但為防止電場感應，還是接地為好。電磁場在通過金屬或對電磁場有衰減作用的阻擋體時，會受到一定程度的衰減，即產生對電磁場的屏蔽作用，所于，高導電性能的材料可作為高頻電磁場的屏蔽體。

3.4  濾波

實踐表明，即使一個經過很好設計且具有正確的屏蔽和接地措施的電子系統，也仍然會有傳導騷擾發射或傳導騷擾進入系統。濾波是壓縮信號回路騷擾頻譜的一種方法，當騷擾頻譜成分不同于有用型號的頻帶時，可以用濾波器將無用的騷擾濾除。濾波器將有用信號和騷擾的頻譜隔離越完善，它對減少有用信號回路內的騷擾的效果越好。

例如（2003年）第六屆全國大學生電子設計賽中的“液體點滴速度監控裝置”，其液體點滴速度信號是由光電傳感器獲取，由于光電傳感器內阻很大，所于應選擇高輸入電阻的放大器將其放大，但這時，直流電動機的騷擾很容易通過傳導耦合對被測信號形成干擾。考慮到被檢測的點滴速度信號的頻率很低，而電動機騷擾頻譜在數百Hz以上。因而，我們很容易利用低通濾波器將電動機騷擾濾除或減弱。

3.5  改善印制板（PCB）布局、布線減弱騷擾源與敏感電路之間的耦合

為了減弱系統中各子系統之間的相互干擾，在印制板設計、布局、布線時應注意以下原則：

(1)在PCB設計中，如果電路系統同時存在數字電路、模擬電路以及大電流電路，則必須分開布局，使各系統之間耦合達到最小。

(2)熱敏元件要盡量遠離大功率元件。

(3)在布局時IC去耦電容要盡量靠近IC芯片的電源和地線引腳，否則濾波效果會變差。在數字電路中，為保證數字電路系統可靠工作，在每一數字集成電路芯片（包括門電路和抗干擾能力較差的CPU、RAM、ROM芯片）的電源和地之間均設置了IC去耦電容。

(4)時鐘電路元件應盡量靠近CPU時鐘引腳。數字電路，尤其是單片機控制系統中的時鐘電路，最容易產生電磁輻射，干擾系統中其他元器件。

(5)印制導線轉折點內角不能小于90