电子设备电磁干扰的产生及抑制

增　刊　2005年6月　

山西焦煤科技

Shanx i Cok ing Coal Science &T echno logy 　

　Supp lem en t 　Jun . 2005　

・技术经验・

电子设备电磁干扰的产生及抑制

贾艳辉

①

(山西焦煤职工总医院)

　　摘　要　阐述了电子设备中电磁兼容问题的重要性, 通过对电磁干扰产生的根源及途径的分析, 介绍了几种抑制电磁干扰的方法及电磁干扰抑制在实际中的应用。

关键词　电子设备; 电磁兼容; 电磁干扰

　　随着现代电力电子技术的迅速发展, 电子设备将越来越广泛地应用于人类生活的各个领域, 给人类生活带来方便。但是电子设备的广泛应用和发展, 必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。将不可避免给周围事物造成干扰, 同时电子设备本身也将处于电磁环境(E M E ) 中工作。这个电磁环境对电子设备造成影响。因此, 必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性(E M C ) 是一门关于抗电磁干扰(E M I ) 影响的科学。目前, 就世界范围来说, 电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰, 使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时, 不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量, 又应该不受任何不希望有的能量的影响。近年来, 许多关于电磁干扰的国际及国家标准相继出台, 用于限制电磁干扰, 这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展, 都起了重要的作用, 同时也对电子设备的干扰能力和抗干扰能力提出了高的要求, 这使得研究电子设备的电磁干扰产生的原因及抑制显得尤为重要。1　电磁干扰源

1. 1　内部干扰

内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰, 包括以下几种。

1) 工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻

产生漏电造成的干扰(与工作频率有关) ; 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干扰; 3) 设备或系统内部某些元件发热, 影响元件本身或其它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它部件造成的干扰。1. 2　外部干扰

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰, 包括以下几种。

1) 外部的高电压、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) 空间电磁波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; 5) 由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。2　干扰的传递途径

如果干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小, 或者干扰源与被干扰者之间的距离>波长 2Π时, 干扰信号可以认为是辐射场, 它以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。干

各种形式产生的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素, 因此, 研究干扰产生的根源是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。

①

作者简介:贾艳辉　男　1969年出生　1997年毕业于太原理工大学　助理工程师　太原　030053

扰信号以漏电和耦合形式, 通过绝缘支承物等(包括空气) 为媒介, 经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。

当干扰信号的波长比被干扰对象的结构尺寸长, 或者干扰源与干扰对象之间的距离>波长 2Π时, 干扰信号可以认为是似稳场, 它以感应场形式进入被干扰对象的通路。干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。3　电磁干扰抑制的原理3. 1　接　地

屏蔽是滤波中较常用的方法, 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, 就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散; 用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响。

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。

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求, 可以结合屏蔽, 采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路, 对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号, 可在负载上自行消失。另外, 还可采用其它一些电路技术, 例如接点网络、整形电路, 积分电路和选通电路等等。总之, 采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

4　电磁干扰抑制的应用

接地是抑制噪声, 防止干扰的一种方法。接地电是一个等电位点或等电位面, 是电路或系统的基准电位, 但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全, 电子设备的机壳和机房的金属构件等, 必须与大地相连接, 而且接地电阻一般要很小, 不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类, 即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中, 只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上; 多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上, 以使接地引线的长度最短。接地平面, 可以是设备的底板, 也可以是贯通整个系统的地导线, 在比较大的系统中, 还可以是设备的结构框架等; 混合接地是将那些只需高频接地点, 利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。3. 2　滤　波

由于电子技术在各行各业中的广泛应用, 在人类活动的空间无处不充斥着电磁波, 因此, 电子设备不解决电磁波干扰问题, 就不能兼容工作。在实际应用中, 人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验, 不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。

汽车工作时, 电磁干扰相当突出, 严重时会损坏电子元器件。因此, 汽车电子设备的电磁环境最为恶劣, 汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染, 规定只能使用带阻尼(如碳芯) 的屏蔽线作为点火线, 实践表明这是很有效的措施。

为了解决微电技术, 尤其是计算机在汽车上的应用和推广, 根据需要和实际要求, 可以设计出效果良好的滤波电路, 置于前级可使大多数因传导而进

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平, 因为干扰频谱成分不等于有用信号的频率, 滤波器对于这些与有用信号频率不同的成分有良好的抑制能力, 从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以, 采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合, 或是增强接收设备的抗干扰能力, 都是有力措施。用阻容和感容去耦合网络, 能把电路与电源隔离开, 消除电路之间的耦合, 并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈) 组成的滤波器的种类很多, 选择适当的CL C M Π型滤波器。

滤波器能消除不希望的耦合。

入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处; 可以设置隔离电路, 如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰, 同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰; 也可以设置能量吸收回路, 从而减少电路、器件吸收的噪声能量; 或通过选择元器件和合理安排电路系统, 使干扰的影响减小。

微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置, 软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM 主要用于测量和控制时数据的暂时存放, 内存空间较小, 对存放的数据而言, 若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果, 可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性; 如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化, 可以在随机内存区设置检验标志; 为了减少干扰对随机内存区的破坏, 可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置, 只有在CPU 写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多, 如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候, 必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰, 常用的办法是设置一个定时器, 从而保护程序正常运行。

由于电子技术应用广泛, 而且各种干扰设备的

辐射很复杂, 要完全消除电磁干扰是不可能的。但是, 根据电磁兼容性原理, 可以采取许多技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性, 例如, 通信系统最初设计时, 就应该严格进行现场电波测试, 有针对性地选择频率及极化方式, 避开雷达、移动通信等杂波干扰; 高压线选择路径时, 应尽量绕开无线电台(站) 或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽; 接收设备与工业干扰源设备适当配置, 使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离; 在微波通信电路设计中, 为了减少干扰, 可采用天线高低站方式调整微波电路反射点, 并利用山头阻挡反射波, 使之不能对直射波形成干扰。另外, 微波铁塔是独立的高大建筑物, 应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。5　结束语

电磁干扰对电子设备的正常工作有着很大的影响, 可能造成设备的不正常工作。因此, 研究干扰产生的原因及抑制的方法在实际中的应用, 对于生产生活有着重要的意义。重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理, 认真分析和试验, 就能选择合适的解决问题方法。

收稿日期2005-04-03

参　考　文　献

1　李实, 宋建平, 李创社. 瞬变电磁仪中几种干扰的消除方法[J ]. 西安交通大学学报, 2001. (4) . 2　李海青, 苗河生. 优化印制电路板地线设计[J ]. 物探装备, 2002. (2) :35～37.

Produce and Restra i n i ng of Electromagnetis m I n terference on

Electron Equip m en t

J I A Yanhu i

Abstract 　In the p ap er , the i m po rtance of electrom agnetis m com p atib ility is set fo rth in electron e 2qu i pm en t and a few m ethods restrain ing electrom agnetis m in terference are in troduced by analyzing the roo t and app roach that the electrom agnetis m in terference resu lts from . L astly , the app licati on of restrain ing of electrom agnetis m in terference is exp atiated .

Key words 　E lectron equ i pm en t ; E lectrom agnetis m com p -atib ility ; Eelectrom agnetis m in terference

增　刊　2005年6月　

山西焦煤科技

Shanx i Cok ing Coal Science &T echno logy 　

　Supp lem en t 　Jun . 2005　

・技术经验・

电子设备电磁干扰的产生及抑制

贾艳辉

①

(山西焦煤职工总医院)

　　摘　要　阐述了电子设备中电磁兼容问题的重要性, 通过对电磁干扰产生的根源及途径的分析, 介绍了几种抑制电磁干扰的方法及电磁干扰抑制在实际中的应用。

关键词　电子设备; 电磁兼容; 电磁干扰

　　随着现代电力电子技术的迅速发展, 电子设备将越来越广泛地应用于人类生活的各个领域, 给人类生活带来方便。但是电子设备的广泛应用和发展, 必然导致它们在其周围空间产生的电磁场电平的不断增加。将不可避免给周围事物造成干扰, 同时电子设备本身也将处于电磁环境(E M E ) 中工作。这个电磁环境对电子设备造成影响。因此, 必须解决电子设备在电磁环境中的适应能力。电磁兼容性(E M C ) 是一门关于抗电磁干扰(E M I ) 影响的科学。目前, 就世界范围来说, 电磁兼容性问题已经形成一门新的学科。电磁兼容的中心课题是研究控制和消除电磁干扰, 使电子设备或系统与其它设备联系在一起工作时, 不引起设备或系统的任何部分的工作性能的恶化或降低。一个设计理想的电子设备或系统应该既不辐射任何不希望的能量, 又应该不受任何不希望有的能量的影响。近年来, 许多关于电磁干扰的国际及国家标准相继出台, 用于限制电磁干扰, 这对保证电子设备的正常工作和人民的正常生活以及促进现代科学技术更迅速发展, 都起了重要的作用, 同时也对电子设备的干扰能力和抗干扰能力提出了高的要求, 这使得研究电子设备的电磁干扰产生的原因及抑制显得尤为重要。1　电磁干扰源

1. 1　内部干扰

内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰, 包括以下几种。

1) 工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻

产生漏电造成的干扰(与工作频率有关) ; 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干扰; 3) 设备或系统内部某些元件发热, 影响元件本身或其它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它部件造成的干扰。1. 2　外部干扰

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰, 包括以下几种。

1) 外部的高电压、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) 空间电磁波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; 5) 由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。2　干扰的传递途径

如果干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小, 或者干扰源与被干扰者之间的距离>波长 2Π时, 干扰信号可以认为是辐射场, 它以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。干

各种形式产生的电磁干扰是影响电子设备电磁兼容性的主要因素, 因此, 研究干扰产生的根源是电磁兼容性设计中需要研究的重要内容。

①

作者简介:贾艳辉　男　1969年出生　1997年毕业于太原理工大学　助理工程师　太原　030053

扰信号以漏电和耦合形式, 通过绝缘支承物等(包括空气) 为媒介, 经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。

当干扰信号的波长比被干扰对象的结构尺寸长, 或者干扰源与干扰对象之间的距离>波长 2Π时, 干扰信号可以认为是似稳场, 它以感应场形式进入被干扰对象的通路。干扰信号可以通过直接传导方式引入线路、设备或系统。3　电磁干扰抑制的原理3. 1　接　地

屏蔽是滤波中较常用的方法, 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, 就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散; 用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响。

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。

有时候采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求, 可以结合屏蔽, 采取平衡措施等电路技术。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路, 对地或对其它导线都具有相同的阻抗。其目的在于使两根导线所检拾到的干扰信号相等。这时的干扰噪声是一个共态信号, 可在负载上自行消失。另外, 还可采用其它一些电路技术, 例如接点网络、整形电路, 积分电路和选通电路等等。总之, 采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

4　电磁干扰抑制的应用

接地是抑制噪声, 防止干扰的一种方法。接地电是一个等电位点或等电位面, 是电路或系统的基准电位, 但不一定为大地电位。为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全, 电子设备的机壳和机房的金属构件等, 必须与大地相连接, 而且接地电阻一般要很小, 不能超过规定值。

电路的接地方式基本上有三类, 即单点接地、多点接地和混合接地。单点接地是指在一个线路中, 只有一个物理点被定义为接地参考点。其它各个需要接地的点都直接接到这一点上; 多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上, 以使接地引线的长度最短。接地平面, 可以是设备的底板, 也可以是贯通整个系统的地导线, 在比较大的系统中, 还可以是设备的结构框架等; 混合接地是将那些只需高频接地点, 利用旁路电容和接地平面连接起来。但应尽量防止出现旁路电容和引线电感构成的谐振现象。3. 2　滤　波

由于电子技术在各行各业中的广泛应用, 在人类活动的空间无处不充斥着电磁波, 因此, 电子设备不解决电磁波干扰问题, 就不能兼容工作。在实际应用中, 人们在研究抗干扰技术方面也积累了大量的经验, 不断地研究出许多实用的方法来消除电磁干扰。

汽车工作时, 电磁干扰相当突出, 严重时会损坏电子元器件。因此, 汽车电子设备的电磁环境最为恶劣, 汽车电子设备的电磁兼容性问题也特别受到人们的重视。汽车点火所产生的高频辐射最为突出。日本和美国等先进国家的环保部门为防止汽车电气噪声对环境的污染, 规定只能使用带阻尼(如碳芯) 的屏蔽线作为点火线, 实践表明这是很有效的措施。

为了解决微电技术, 尤其是计算机在汽车上的应用和推广, 根据需要和实际要求, 可以设计出效果良好的滤波电路, 置于前级可使大多数因传导而进

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平, 因为干扰频谱成分不等于有用信号的频率, 滤波器对于这些与有用信号频率不同的成分有良好的抑制能力, 从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以, 采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合, 或是增强接收设备的抗干扰能力, 都是有力措施。用阻容和感容去耦合网络, 能把电路与电源隔离开, 消除电路之间的耦合, 并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器(高频扼流圈) 组成的滤波器的种类很多, 选择适当的CL C M Π型滤波器。

滤波器能消除不希望的耦合。

入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处; 可以设置隔离电路, 如变压器隔离和光电隔离等解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰, 同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰; 也可以设置能量吸收回路, 从而减少电路、器件吸收的噪声能量; 或通过选择元器件和合理安排电路系统, 使干扰的影响减小。

微机设备的软件抗干扰主要是稳定内存数据和保证程序指针。微机是一个可编程控制装置, 软件可以支持和加强硬件的抗干扰能力。如果微机系统中随机内存RAM 主要用于测量和控制时数据的暂时存放, 内存空间较小, 对存放的数据而言, 若将采集到的几组数据求平均值作为采样结果, 可避免在采集时因干扰而破坏了数据的真实性; 如果存放在随机内存中的数据因干扰而丢失或者数据发生变化, 可以在随机内存区设置检验标志; 为了减少干扰对随机内存区的破坏, 可在随机存储器芯片的写信号线上加触发装置, 只有在CPU 写数据时才发。软件抗干扰的措施也很多, 如数字滤波程序、抗窄脉冲的延时程序、逻辑状态的真伪判别等。有时候, 必须采用软件和硬件相结合的办法才能抑制干扰, 常用的办法是设置一个定时器, 从而保护程序正常运行。

由于电子技术应用广泛, 而且各种干扰设备的

辐射很复杂, 要完全消除电磁干扰是不可能的。但是, 根据电磁兼容性原理, 可以采取许多技术措施减小电磁干扰, 使电磁干扰控制到一定范围内, 从而保证系统或设备的兼容性, 例如, 通信系统最初设计时, 就应该严格进行现场电波测试, 有针对性地选择频率及极化方式, 避开雷达、移动通信等杂波干扰; 高压线选择路径时, 应尽量绕开无线电台(站) 或充分利用接收地段的地形、地物屏蔽; 接收设备与工业干扰源设备适当配置, 使接收设备与各种工业干扰源离开一定距离; 在微波通信电路设计中, 为了减少干扰, 可采用天线高低站方式调整微波电路反射点, 并利用山头阻挡反射波, 使之不能对直射波形成干扰。另外, 微波铁塔是独立的高大建筑物, 应采用完善的接地、屏蔽等避雷措施。5　结束语

电磁干扰对电子设备的正常工作有着很大的影响, 可能造成设备的不正常工作。因此, 研究干扰产生的原因及抑制的方法在实际中的应用, 对于生产生活有着重要的意义。重要的是掌握有关电磁兼容的基本原理, 认真分析和试验, 就能选择合适的解决问题方法。

收稿日期2005-04-03

参　考　文　献

1　李实, 宋建平, 李创社. 瞬变电磁仪中几种干扰的消除方法[J ]. 西安交通大学学报, 2001. (4) . 2　李海青, 苗河生. 优化印制电路板地线设计[J ]. 物探装备, 2002. (2) :35～37.

Produce and Restra i n i ng of Electromagnetis m I n terference on

Electron Equip m en t

J I A Yanhu i

Abstract 　In the p ap er , the i m po rtance of electrom agnetis m com p atib ility is set fo rth in electron e 2qu i pm en t and a few m ethods restrain ing electrom agnetis m in terference are in troduced by analyzing the roo t and app roach that the electrom agnetis m in terference resu lts from . L astly , the app licati on of restrain ing of electrom agnetis m in terference is exp atiated .

Key words 　E lectron equ i pm en t ; E lectrom agnetis m com p -atib ility ; Eelectrom agnetis m in terference