1 引言

    隨著當(dāng)前電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的電子設(shè)備已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于人類生活的各個(gè)方面。隨著人類社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展，電子設(shè)備的發(fā)展過程仍以日益增長的速度持續(xù)著。電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，必然導(dǎo)致它們在其周圍空間中產(chǎn)生的電磁場電平的不斷增加。電子設(shè)備不可避免地在日益惡化的電磁環(huán)境(EME)中工作。因此，必須改善電子設(shè)備在電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力以使其更好地工作。，也就是對相應(yīng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)提出更可靠的解決方案，從而最大限度地抑制和消除空間中的電磁干擾，使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其他設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)任何部分的工作性能都不會(huì)出現(xiàn)惡化或者較大幅度的降低。 當(dāng)前比較普遍使用的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)包括屏蔽、濾波、合理接地及合理布局等方法，并在工程實(shí)踐中被廣泛采用。但是隨著電子系統(tǒng)的集成化、綜合化，以上措施的應(yīng)用往往會(huì)與產(chǎn)品或者系統(tǒng)的成本、質(zhì)量、功能要求產(chǎn)生矛盾，因此必須權(quán)衡利弊研究出最合理的措施來滿足電磁兼容性要求。隨著新的導(dǎo)電和屏蔽材料以及工藝方法的出現(xiàn)，電磁兼容性的設(shè)計(jì)技術(shù)又有了新的措施。無論如何，電磁干擾的抑制技術(shù)始終都是電磁兼容科學(xué)中最活躍的研究課題。

    2 電磁干擾的來源和傳播途徑 

    2.1 電磁干擾的來源 各種形式的電磁干擾是影響電子設(shè)備電磁兼容性的主要因素，因此，了解其來源是電磁兼容設(shè)計(jì)的先決條件之一。一般的來源分為內(nèi)部和外部兩種。

    1. 內(nèi)部干擾-------電子設(shè)備內(nèi)部各元部件之間的相互干擾。 

    （1） 工作電源通過線路的分布電容和絕緣電阻產(chǎn)生漏電而造成的干擾；
    （2） 信號(hào)通過地線、電源和傳輸導(dǎo)線的阻抗互相耦合，或?qū)Ь�之間的互感造成的干擾；
    （3） 設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部某些元件發(fā)熱，影響元件本身或其他元件的穩(wěn)定性造成的干擾；
    （4） 大功率和高電壓部件產(chǎn)生的磁場、電場通過耦合影響其它部件造成的干擾。

    2. 外部干擾------電子設(shè)備或系統(tǒng)以外的因素對線路、設(shè)備或系統(tǒng)的干擾。 

    (1) 外部的高電壓、電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；
    (2) 外部大功率的設(shè)備在空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，通過互感耦合干擾電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)；
    (3) 空間電磁對電子線路或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾； 
    (4) 工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部元器件參數(shù)改變造成的干擾； 
    (5) 由工業(yè)電網(wǎng)供電的設(shè)備和由電網(wǎng)電壓通過電源變壓器所產(chǎn)生的干擾。

    2.2電磁干擾的傳播途徑 

    1. 當(dāng)干擾源的頻率較高、干擾信號(hào)的波長又比被干擾的對象結(jié)構(gòu)尺寸小，或者干擾源與倍感繞者之間的距離r>>λ/2π時(shí)，則干擾信號(hào)可以認(rèn)為是輻射場，它以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量進(jìn)入被干擾對象的通路。
    2. 干擾信號(hào)以漏電和耦合形式，通過絕緣支撐物（包括空氣）為媒介，經(jīng)公共阻抗的耦合進(jìn)入被干擾的線路、設(shè)備或系統(tǒng)。
    3. 干擾信號(hào)可以通過直接傳導(dǎo)方式進(jìn)入線路、設(shè)備或系統(tǒng)。
    3 電磁干擾的控制策略分析
    電磁兼容學(xué)科實(shí)在早期單純的抗干擾方法基礎(chǔ)上發(fā)展形成的，兩者的目標(biāo)都是為了使設(shè)備和系統(tǒng)達(dá)到在共存的環(huán)境中互不發(fā)生干涉并最大限度地發(fā)揮其工作效率。但是早期的抗干擾性方法和現(xiàn)代的電磁兼容技術(shù)在控制電磁干擾策略思想上有著本質(zhì)的差別。 單純的抗干擾性方法在抑制干擾的思想方法上比較簡單，或者認(rèn)識(shí)比較膚淺，主要的思路集中在怎樣設(shè)法抑制干擾的傳播上，因此工程技術(shù)人員處于被動(dòng)的地位，哪里有干擾哪里就事論事的給予解決，當(dāng)然經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師也會(huì)采取預(yù)防措施，但這僅僅是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)局部的應(yīng)用，解決問題的方法也是單純的對抗式的措施。 電磁兼容技術(shù)在控制干擾的策略上采取了主動(dòng)預(yù)防、整體規(guī)劃和“對抗”與“疏導(dǎo)“相結(jié)合的方針。電磁兼容性控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)該在設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用與維護(hù)的各階段都充分給予考慮和實(shí)施才可能有效。科學(xué)而先進(jìn)的電磁兼容工程管理是有效控制技術(shù)的重要組成部分。 在控制方法，除了采用眾所周知的抑制干擾傳播的技術(shù)，如屏蔽、接地、搭接、合理布線等方法以外，還可以采取回避和疏導(dǎo)的技術(shù)處理，如空間方位分離、頻率劃分與回避、濾波、吸收和旁路等等，有時(shí)采用這些簡單而巧妙的回避和疏導(dǎo)技術(shù)能夠代替昂貴且質(zhì)量、體積都較大的硬件措施，從而取得較好的抑制效果。 在解決電磁干擾問題的時(shí)機(jī)上，以前往往是設(shè)備研制后期暴露出不兼容問題后，再采取挽救修補(bǔ)的措施進(jìn)行被動(dòng)的EMC控制，這種情況在電子設(shè)備發(fā)展精度日益增高的今天應(yīng)當(dāng)極力避免，因此必須在設(shè)備設(shè)計(jì)的初始階段就開展預(yù)測分析和設(shè)計(jì)，預(yù)先進(jìn)行詳細(xì)的論證和檢驗(yàn)計(jì)算，并盡可能全面地規(guī)劃實(shí)施細(xì)則和步驟，把涉及到相關(guān)系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的維護(hù)性與產(chǎn)品的基本功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟硬件設(shè)計(jì)綜合考慮并同步進(jìn)行，只有這樣才有可能最大限度地減小電磁干擾，實(shí)現(xiàn)更高層次上的電磁兼容設(shè)計(jì)策略�？傊�，電磁兼容技術(shù)是現(xiàn)代并行工程的組成部分之一。

    4 電磁兼容的可靠性設(shè)計(jì)方法

    4.1 接地 不管在任何系統(tǒng)中，電子設(shè)備的接地都是該設(shè)備電磁兼容設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要的問題。一般的實(shí)際系統(tǒng)中接地情況如圖1所示，其作用如下：
    （1） 接地可以使整個(gè)電路系統(tǒng)的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。 
    （2） 防止外界電磁場的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上得大量電荷通過大地泄放，否則這些電荷形成得高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部得火花放電而造成干擾。另外對于電路得屏蔽體，若選擇合適得接地，也可獲得良好得屏蔽效果。
    （3） 保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電得電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備得損壞；當(dāng)工頻交流電源得輸入電壓因絕緣不良或其他原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員得觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或者220V電壓時(shí)，將可能發(fā)生致命危險(xiǎn)。 實(shí)際電子系統(tǒng)的接地示意圖 總之，接地是抑制噪聲并防止干擾的主要方法之一。一般的接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，屬于電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊或其他高電壓可能造成的損壞或者工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和己方的金屬構(gòu)件等必須與大地相連界，而且接地電阻一般很小，不能超過規(guī)定值。

    4.2 屏蔽 屏蔽就是對兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋�(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。具體地講，就是用屏蔽體將電子元部件、電路、組合件、電纜或整個(gè)系統(tǒng)的干擾源包圍起來，防止干擾電磁場向外擴(kuò)散；用屏蔽體將接收電路、設(shè)備或系統(tǒng)包圍起來，防止它們收到外界電磁場的影響。屏蔽體對來自導(dǎo)線、電纜、元部件以及電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以利用屏蔽體可以非常有效地減弱電磁干擾。 屏蔽材料選擇的原則如下：

    （1） 當(dāng)干擾電磁場的頻率較高時(shí)，利用低電阻率（高電導(dǎo)率）的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。 
    （2） 當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。 
    （3） 在某些特定場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的評(píng)比效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

    4.3 濾波 正確而合理的濾波是解決電磁干擾的一個(gè)非常重要的技術(shù)方法。電磁干擾濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標(biāo)的濾波器，常常分為信號(hào)線EMI濾波器、電源TMI濾波器、印制板Emi濾波器、反射Emi濾波器以及隔離EMI濾波器等幾類，這里主要分析一下前兩種濾波器的情況。 線路板上的導(dǎo)線是最有效的接收和輻射天線，由于導(dǎo)線的存在，往往會(huì)使線路板上產(chǎn)生過強(qiáng)的電磁輻射。同時(shí)由于這些導(dǎo)線又能接收外部的電磁干擾，使得電路對干擾很敏感。針對這種情況使用信號(hào)濾波器是一種結(jié)局高頻電磁干擾輻射和接收很有效的方法。脈沖信號(hào)的高頻部分很豐富，這些高頻成分可以借助導(dǎo)線輻射，使線路板的輻射超標(biāo)。而信號(hào)濾波器的使用可以使脈沖信號(hào)的高頻成分大打減少，從而使線路板的輻射大大改善。 電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑。通過電源線，電網(wǎng)上的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作。同樣，設(shè)備的干擾也可以通過電源線傳到電網(wǎng)上，對網(wǎng)上其他設(shè)備造成干擾。為了防止這兩種情況的發(fā)生，必須在設(shè)備的電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器，這個(gè)濾波器只容許設(shè)備的正常工作頻率通過，而對較高頻率的干擾有很大的損耗，從而達(dá)到了濾除高頻干擾的目的，這種濾波器即為電源線濾波器。當(dāng)然由于電源線上的干擾雖工作頻率的高低而不有所同，低頻時(shí)通常是差模干擾成分占多，而高頻時(shí)主要是共模干擾成分，因此設(shè)計(jì)電源線濾波器時(shí)又要仔細(xì)考慮并區(qū)別對待。 

    4.4 其他抑制干擾方法 

    （1） 正確地選擇無源器件 實(shí)用的無源器件并不是“理想“的，其特性和理想的特性本身肯定是有差異的。實(shí)用的元件本身就是一個(gè)干擾源，因此正確地選用無源元件非常重要。應(yīng)當(dāng)充分利用這一特性對電磁干擾進(jìn)行抑制和防止。 
    （2） 恰當(dāng)設(shè)計(jì)電路 有時(shí)候單純地采用屏蔽并不能很好地滿足抑制和防止干擾的要求，此時(shí)可以結(jié)合屏蔽并采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所收到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾信號(hào)噪聲由于是共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消失，除此之外，還有恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、整形電路、積分電路及選通電路等方法來抑制干擾。 

    5 一些典型電磁兼容性問題的解決

    由于電子技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，在人類社會(huì)的空間中無處不充斥著電磁波。在實(shí)際的電子設(shè)備應(yīng)用中，人們在研究抗干擾技術(shù)方面逐漸積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，不斷研究出許多實(shí)用的方法來消除電磁干擾。
    （1） 汽車行業(yè)的電磁兼容 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：汽車工作時(shí)，電磁干擾相當(dāng)突出，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響電子儀表的指示精度甚至損壞電子元器件，因此汽車電子設(shè)備的電磁環(huán)境極為惡劣。技術(shù)人員采取了如下的措施來抑制電磁干擾：
    1) 在汽車點(diǎn)火時(shí)，采用帶阻尼的屏蔽線作為點(diǎn)火線，可以很有效地減小產(chǎn)生的高頻輻射，從而減輕了汽車電氣噪聲對環(huán)境的污染。
    2) 針對微電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾問題，可以通過針對實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)臑V波電路和隔離電路，恰當(dāng)?shù)剡x擇元器件和安排電路系統(tǒng)，設(shè)置能量吸收回路等，從而使EMI被抑制到最小。 
    （2）微機(jī)設(shè)備的軟件抗EMI措施 微機(jī)設(shè)備是一個(gè)可編程控制裝置，通過合理的軟件編程可以支持和加強(qiáng)硬件的抗干擾能力。當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)中隨機(jī)內(nèi)存即RAM主要用于測量和控制時(shí)數(shù)據(jù)的暫時(shí)存放，內(nèi)存空間較小，對存放的數(shù)據(jù)而言，若將采集到的幾組數(shù)據(jù)求平均值作為采樣結(jié)果，可以有效地避免采集時(shí)因干擾而破壞了數(shù)據(jù)的真實(shí)性；如果存放在隨機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)因干擾而丟失或者數(shù)據(jù)發(fā)生變化，可以在隨機(jī)內(nèi)存區(qū)設(shè)置檢驗(yàn)標(biāo)志，同時(shí)在隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片的寫信號(hào)線上加觸發(fā)裝置，保證只在CPU寫數(shù)據(jù)時(shí)才發(fā)。另外，數(shù)字濾波程序、抗窄脈沖的延時(shí)程序、邏輯狀態(tài)的真?zhèn)闻袆e程序等，都屬于軟件抗干擾的有效措施。 
    （3）高速電路板的電磁兼容設(shè)計(jì) EMI（電磁干擾）隨著電路速度的提高會(huì)變得越來越嚴(yán)重，同時(shí)告訴器件容易對干擾敏感，因此在高速電路板設(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中，對 EMC的設(shè)計(jì)要求往往都很高。通常的抑制高速電路板EMI的途徑為：電磁屏蔽、濾波、消除電流環(huán)路和在規(guī)定要求下盡可能降低器件的速度。尤其在消除高頻噪聲時(shí)必須注意以下原則：
    1) 電源和地的統(tǒng)一和穩(wěn)定
    2) 仔細(xì)考慮布線與合適地端接以消除反射和容性、感性串?dāng)_ 
    3) 避免電流環(huán)路 
    4) 采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器

    6 結(jié)語

    由于電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并且各種干擾設(shè)備的輻射很復(fù)雜，要真正完全消除電磁干擾是不可能完成的任務(wù)。但是可以根據(jù)電磁兼容性的基本原理來采取許多措施最大限度地減小電磁干擾使之控制在系統(tǒng)可容納的范圍之內(nèi)，從而保證系統(tǒng)或設(shè)備良好的電磁兼容性。隨著EMC學(xué)科的日益發(fā)展，相信越來越多的抗EMI措施會(huì)涌現(xiàn)出來。針對不同的電子系統(tǒng)具體分析論證，一定可以總結(jié)出針對該系統(tǒng)的最有效最合適的EMC方案。