電磁干擾抑制技術概述

名稱:電磁干擾抑制技術概述
主題詞ˇ電磁兼容性(EMC)、電磁干擾(EMI)、抑制技術。
摘要ˇ本文圍繞電磁干擾三要素ˇ介紹了各種不同的電磁干擾抑制技術以及電磁兼容設計思路ˇ強調了電子產品在設計初即進行EMC研究的重要性。
提起電磁干擾(EMI)這個詞ˇ人們或許還感陌生ˇ但EMI的影ˇ卻是幾乎每個人都曾身經歷過的。例如ˇ觀看電視時ˇ附近有人使用電鑽、電吹風等電器ˇ會使電視畫面出ˇ雪花點ˇ所聲器里發出剌耳的雜訊……這類ˇˇ人們早已司空見慣、習以為常了ˇ但是電磁干擾的危害卻遠不止如此。事實上ˇ電磁干擾已使民航系統失效、通信不暢、計算機運行錯誤、自控設備誤動作等ˇ甚至危及人身安全。因此ˇ加強電磁容性(EMC)知識的普及ˇ提高EMI抑制技術ˇ已成為當務之急。
所謂電磁兼容性是指電子ˇ路、系統ˇ互不影ˇˇ在電磁方面ˇ互兼容的狀態。對於EMC技術的研究ˇ國外是從本世紀三十年代開始的ˇ一些國家和國際組織如美國聯邦通信委員會(FCC)ˇ德國電氣電子工程師協會(VDE)、國際無ˇ電干擾特別委員會(CISPR)等先後制定了一些指導性文件和規程ˇ目前已形成一套較完整的體系ˇ並得到嚴格遵守ˇ美國計算機業即全面執行FCC規程。我國電磁兼容性工作起步較晚ˇˇ關標準自八十年代才陸續出台ˇ應用方面則由於缺乏經驗和技術而舉步艱難。如何儘快趕上國際先進水平ˇ使我國電子產品能滿足日益迫切的國內需求並在國際市場佔一席之地ˇ已成為為大家關心的重大課題。本文願就電磁干擾抑制技術談一點淺見ˇ拋磚引玉ˇ與各位共同切磋。
電磁干擾的定義ˇ是指由外部雜訊和無用電磁波在接收中所造成的騷擾。一個系統或系統內某一ˇ路受電磁干擾程度可以表示為如下關係式ˇ
N=G×C/I
Gˇ雜訊源強度ˇ
Cˇ雜訊通過某種途徑傳到受干擾處的耦合因素ˇ
Iˇ受干擾電路的敏感程度。
G、C、I這三者構成電磁干擾三要素。電磁干擾抑制技術就是圍繞這三要素所採取的各種措施ˇ歸納起來就是三條ˇ一、抑制電磁干擾源ˇ二、切斷電磁干擾耦合途徑ˇ三、降低電磁敏感裝置的敏感性。下面就這三方面分別作出介紹。
一、抑制干擾源
要ˇ掏干擾源ˇ首先必須確定何處是干擾源ˇ在越靠近干擾源的地方採取措施ˇ抑制效果越好。一般來說ˇ電流電壓劇變即di/dt或du/dt大的地方就是干擾源ˇ具體來說繼電器開合、電容充電、電機運轉、集成電路開關工作等都可能成為干擾源。另外ˇ市電電源也並非理ˇ的50Hz正弦波ˇ而是充滿各種頻率雜訊ˇ是個不可忽視的干擾源。抑制方法可以採用低雜訊電路、瞬態抑制電路、旋轉裝置抑制電路、穩壓電路等ˇ器件的選擇則儘可能採用低雜訊、高頻特性好、穩定性高的電子元件。要注意ˇ抑制電路中不適當的器件選擇可能會產生新的干擾源。
二、切斷電磁干擾耦合途徑
電磁干擾耦合途徑主要為傳導和輻射兩種。雜訊經導ˇ直接耦合到電路中最常見的。抑制傳導干擾的主要措施是串接濾波器。濾波器分為低通(LPF)、高通(HPE)、帶通(BPF)、帶阻(BEF)四種ˇ根據信號與雜訊頻率的差別選擇不同類型的濾波器。如果雜訊頻率遠高於信號頻率ˇ常採用LC低通濾波器ˇ這種濾波器結構簡單ˇ濾除雜訊效果也較好。但是對於軍用或TEMPEST技術以及要求較高的民用產品ˇ則必須採用穿心式濾波器。
穿心式濾波器(FeedˇthruFilters)也稱為穿越式濾波器ˇ電路結構有C型、T型和LC型ˇ其特點在於高頻特性優良ˇ可工作在1GHz以上。這是其「同軸」性質決定的ˇ由於它無寄生電感ˇ提高了自諧頻率。穿心式濾波器體積孝重量輕ˇ允許電流大大ˇ可廣泛用於各種不同場合。
對於通過供電電源ˇ傳導的雜訊可以用電源濾波器來濾除。只符合VDE0871標準的電源濾波器在30Kˇ30MHZ範圍內插入損耗為20ˇ100dB。電源濾波器不僅可以接在電網輸入處ˇ也可接在雜訊源電路的輸出處ˇ以抑制雜訊輸出ˇ而且交直流兩用。電源濾波器埠分高阻和低阻兩端ˇ應根據輸入及負載阻抗不同來選擇正確的接法。連接的原則是依照阻抗最失配ˇ即高阻輸入端接濾濾器阻端ˇ低阻負載端接濾波器高阻端ˇ反之亦然。
對傳輸ˇ路及印刷電路板的布ˇ設計ˇ應注意進ˇ與出ˇ、信號ˇ與電源ˇ盡量分開。對於重點ˇ路可採用損耗ˇ濾波器、三端子電容、磁環等器件進行干擾抑制。對於介面端ˇ國外有帶濾波的D型、圓形、方形連接器產品ˇ這類連接器是在普通連接器上加裝電容或電感ˇ構成濾波電路ˇ其特點是不佔用。PCB空間ˇ不增加體積ˇ這對於ˇ代元件高密度設計極為重要。最近ˇ國內也有廠家生產ˇ質量不低於國外水平ˇ可以替代進口。
對於輻射干擾ˇ主要措施是採用屏蔽技術和分層技術。屏蔽技術是一門科學ˇ選擇適當的屏蔽材料ˇ在適當的位置屏蔽ˇ對屏蔽效果至關重要。尤其是屏蔽室的設計。可供選擇的屏蔽材料種類繁多ˇ有各種金屬板、指形鈹銅合金簧片、銅絲網、編織銅帶、導電ˇ膠、導電膠、導電玻璃等等。應根據需要選擇。屏蔽室的設計應充分考慮門窗、通風口、進出ˇ口的屏蔽與搭接。除靜電屏蔽外ˇ還需考慮磁屏蔽以及接地和接大地技術。
三、降低電磁敏感裝置的敏感度
電磁敏感裝置的敏感是一柄雙刃劍ˇ一方面人們希望接收裝置靈敏度高ˇ以提高對信號的接收能力ˇ另一方面ˇ靈敏高受雜訊影ˇ的可能性也就越大。因此ˇ根據具體情況採用降額設計、避設計、網路鈍化、功能鈍化等方法是解決問題的辦法。
綜上所述ˇ對於電磁干擾的抑制方法很多ˇ可以選擇一種或多種綜合運用。但不論選擇什麼方法都應從設計之初就著手系統電磁兼容性的考慮ˇ而不是亡羊補牢。據報道ˇ若在產品開始研製時即進行電磁兼容設計ˇ大約90ˇ的傳導和輻射干擾都可以得到控制。根據可靠性、安全性、質量要求、環境控制、效/費權衡ˇ選擇適當的電磁干擾抑制技術ˇ這就是電磁兼容性的研究內容。ˇ
中共中央總書記、國家主席江澤民9月24日視察了「909"工程核心ˇ目—上海華虹NEC電子有ˇ公司ˇ並欣然題詞ˇ"建好九零九工程ˇ推動信息產業發展。"
上海華虹ˇ集團ˇ有ˇ公司是我國電子行業建國以來最大的投資ˇ目——總投資100億元的「909」工程的承擔主體。她將以市場為導ˇˇ以不斷升級的生產ˇ為基礎ˇ以自主設計開發產品、建立全球市場營ˇ網路和高水平的經營管理隊伍為依託ˇ建設集晶元設計、生產、ˇ售為一體ˇ並與整機發展緊密結合的中國微電子行業大型跨國企業集團。上海華虹NEC電子有ˇ公司是她6個子公司之一。
上海華虹NEC電子有ˇ公司承擔的8英寸0.35微米超大規模集成電路晶元生產ˇ的建成投產ˇ標誌著中國集成電路製造技術跟上了當今世界主流。「909"工程晶元生產ˇ自今年2月試投片以來ˇ經過嚴格的可靠性試驗ˇ成品率逐月提高ˇ產量逐月增加。目前ˇ生產ˇ已提前2個月達到並超過月投5000片生產能力ˇ成品率已實ˇ可行性報告中的2001年以後的指標。基於華虹NEC的出色表ˇ和對中日雙方合作的信心ˇ日本輸出入銀行在亞洲金融危機之後ˇ經過嚴格評估ˇ於8月17日與華虹NEC簽訂了3億美元的貸款協議ˇ中國建設銀行按中方股比(71.4ˇ)進行擔保。8月末開始ˇ擴產到1萬片生產能力的設備開始安裝ˇ並爭取年內完成。計劃到2000年底之前提前實ˇ月投2萬片的生產能力。
據介紹ˇ「909"工程晶元生產ˇ具有完整、先進的生產和質量控制系統、生產保證系統ˇ整個加工過程使用計算機控制ˇ實ˇ無人化操作。生產ˇ的順利運行證明中方人員已經有足夠的能力掌握好這條先進的生產ˇˇ同時也說明與NEC公司的合作是成功的。「909"工程晶元生產ˇ的建成ˇ標誌著我國從此有了自己的深亞微米超大規模集成電路晶元生產ˇˇ圓了電子工業幾代人的夢ˇˇ標誌著我國集成電路製造水平又邁進了一大步ˇ跟上了當今世界的主流水平。