浅析电磁干扰的抑制在产品设计中的应用

薛蒙 李洪烈 赵冬梅

【摘 要】本文通过介绍电磁干扰产生的三要素，分析了三要素如何具体在产品设计中进行有效应用，得出如何抑制电磁干扰的结论。

【关键词】电磁干扰（EM I）；产品设计

1 概述

随着电子技术的发展，机载电子设备不断增多，发射功率不断增大，其工作的电磁环境也越来越恶劣，电磁干扰（EMI）越来越严重。

事实上，电磁干扰已使民航系统失效、通信不畅、计算机运行错误、自控设备误动作等，甚至危急人身安全。产品装机后调整，以达到相关技术指标是越来越困难的。因此，加强电磁性（EMC），EMI抑制技术，已成为设计人员在系统及分机设计时不得不考虑的问题。

据资料介绍，对于电磁容性（EMC）技术的研究，国外是从本世纪三十年代开始的，一些国家和国际组织如美国联邦通信委员会（FCC），德国电器电子工程师协会（VDE）、国际无线电干扰特别委员会（CISPR）等先后制定了一些指导性文件和规程，目前已形成一套较完整的体系，并得到严格遵守，美国计算机业即全面执行FCC规程。我国电磁兼容性工作起步较晚，相关标准自八十年代才陆续出台，应用方面则由于缺乏经验和技术而举步艰难。

2 分析与应用

电磁兼容性是指电子线路、系统相互不影响，在电磁方面相互兼容的状态。

电磁干扰是指由外部噪声和无用电磁波在接收中所造成的干扰。

一个系统或系统内某一线路受电磁干扰程度可以表示为如下关系式：

N=G*C/I

G：噪声源强度；C：噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素；I：受干扰电路的敏感程度。

从关系式中可以看出G、C、I这三者构成电磁干扰三要素。若要有效对电磁干扰进行抑制，就应该围绕这三要素，采取相应措施减小干扰，即抑制电磁干扰源、切断电磁干扰耦合途径、降低电磁敏感装置的敏感性。

下面就这三方面如何具体在产品设计中进行有效应用，分析如下：

（1）确定并抑制干扰源

要想掏干干扰源，首先必须确定何处是干扰源，并在越靠近干扰远的地方采取措施，抑制效果才会越好。一般来说，电流电压巨变即di/dt或du/dt大的地方就是干扰源。具体来说继电器开合、电容充电、电机运转、集成电路开关工作等都可能成为干扰源。另外，军用115V/400HZ电源也并非理想的400HZ正弦波，而是充满各种频率噪声，是个人不可忽视的干扰源。

针对以上干扰源，可采用的抑制方法有：先用电路时尽可能采用低噪声电路、瞬态抑制电路、旋转装置抑制电路、稳压电路等。

器件的选择尽可能采用低噪声、高频特性好、稳定性高的电子元件。应当注意，抑制电路中若使用不适当的器件可能会产生新的干扰源。

（2）切断电磁干扰耦合途径

电磁干扰耦合途径主要为传导和辐射两种。噪声经导线直接耦合到电路中最常见的。抑制传导干扰的主要措施是串接滤波器。滤波器分为低通（LPF）、高通（HPE）、带通（BPF）、带阻（BEF）四种，根据信号与噪声频率的差别选择不同类型的滤波器。如果噪声频率远高于信号频率，常采用LC低通滤波器，这种滤波器结构简单，滤除噪声效果也较好。

但是对于军用或TEMPEST技术以及要求较高的民用产品，则必须采用穿心式滤波器。穿心式滤波器（Feed- thruFilters）也称为穿越式滤波器，电路结构有C型、T型和LC型，其特点在于高频特性优良，可工作在1GHz以上。这是其“同轴”性质决定的，由于它无寄生电感，提高了自谐频率。穿心式滤波器体积小、重量轻，允许电流大大，应用范围广。

对于沿供电电源线传导的噪声可以用电源滤波器来滤除。前面谈到军用115V/400Hz电源并非理想的400Hz正弦波，而是充满各种频率噪声。同理飞机上直流27V电源，有时也会存在严重的干扰噪声，往往造成设备无法正常工作。这种情况在外场，经常会遇到。在不方便对电源本身（干扰源）采取措施的情况下，采用交流电源滤波器和直流电源滤波器，可以有效抑制沿电线传导的干扰噪声。

在某型无线电罗盘改装某直升机时，我们对改装直升机上进入罗盘接收机的交流、直流电源均进行了电磁兼容性设计。为了对经电源传入的EMI噪声进行抑制，保护接收机不受其干扰。同时又能抑制接收机自身产生的传导干扰，以防干扰其他机载设备的正常工作。并在抑制电磁干扰的同时，保证交流、直流电源的功率的正常传送。我们采用了开容公司的KF-1DOFM-2A型交流滤波器和KF-2B1TM-2A型直流滤波器。两种滤波器插损指标如下：

插损指标IL=101log10（P1/P2）可以衡量滤波器对EMI传导噪声的抑制能力。而开容公司的KF系列电源滤波器具有高至100 M Hz的高插损性能。能有效抑制在10 KHz-100 MHz宽频带内的传导干扰。因此可以满足接收机工作频段150-1000 KHz内的高插损要求。

选用该滤波器，在使用中必须注意合理接地和屏蔽，才能达到良好的EMI抑制效果。为减小接好阻抗，滤波器被安装在导电金属表面且通过金属编织带与接地点就近相连，避免细长接地导线造成较大的接地阻抗。滤波器要安装在接收机附近且滤波器的输入线与输出线应避免耦合，可分别绞合后进行屏蔽处理。

通过以上措施并经试飞使用考验，已取得了良好的实际使用效果。

在对传输线路及印刷电路板的布线设计中，注意进线与出线、信号线与电源线应尽量分开。对于重点线路还可采用损耗线滤波器、三端子电容、磁环等器件进行干扰抑制。对于接口端，国外有带滤波的D型、圆形、方形连接器产品，这类连接器是在普通连接器上加装电容或电感，构成滤波电路，其特点是不占PCB空间，不增加体积，这对要求高密度设计的场合十分适用。

对于辐射干扰，主要措施是采用屏蔽技术和分层技术。选择适当的屏蔽材料，在适当的位置屏蔽，才能有好的屏蔽效果。可供选择的屏蔽材料种类繁多，有种种金属板、指形铍铜合金簧片、铜丝网、编织铜带、导电橡胶、导电胶、导电玻璃等待。应根据需要选择。除静电屏蔽外，还需考虑磁屏蔽以及接地和接大地技术。

（3）降低电磁敏感装置的敏感度

电磁敏感装置的敏感是一柄双刃剑；一方面人们希望接收装置灵敏度高，以提高对信号的接收能力；另一方面，灵敏高受噪声影响的可能性也就越大。因此，根据具体情况采用降额设计、避设计、网络钝化、功能钝化等措施是解决问题的办法。

3 结论

綜上所述，对于电磁干扰的抑制方法很多，可以选择一种或多种综合运用。但不论选择什么方法都应从设计之初就着手系统电磁兼容性的考虑，而不是亡羊补牢。据报道，若在产品开始研制时即进行电磁兼容设计，大约90%的传导和辐射干扰都可以得到控制。因此，在保证可靠性、安全性、质量要求的情况下，选择适当的电磁干扰抑制措施，是十分必要的。