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        通信系統產生EMI的原因是什么?如何進行消除?

        -2018-12-13-

        無線電通信是把能量以電磁場的方式從一個電路傳輸到另一個電路。在進行電路設汁或無線電通信時,我們需要的是兩個電路之間的能量能夠按照一定的要求進行傳輸,否則將會在設備之間及設備的內部產生電磁干擾。尤其在設計比較復雜的設備電路和其中的復雜單元時,則更應該考慮電磁兼容問題。由于電磁波的無線傳播特性,決定了其在傳輸過程中必然會受到來自外界和自身內部的多種因素的影響。

        這里我們只討論通信系統內部產生EMI(電磁干擾掃描系統)的原因及如何消除EMI的影響。在通信系統內部,各種電子器件應用很多,導致了EMI成為了一個比較復雜的問題,產生的原因有很多,如電源線與信號線、信號線與信號線的公共阻抗、各種信號之間的接地不當、強信號電路對弱信號電路的電磁感應、大功率信號的空間電磁波輻射對其它電路的影響、多路信號并列傳送產生的互相干擾等。通信系統中各種傳導性耦合、空間輻射和接地不當是產生各種干擾擾、系統EMC差的主要原因。

        1產生EMI的幾種因素

        1.1電磁輻射

        大功率的電子設備和高頻信號往往會產生強烈的高頻電磁波,向四周擴散輻射,必然會對其它電路形成干擾。尤其是在電子設備系統內部,許多元件集中安裝在狹小的空間內,由于大功率信號的輻射,在弱信號電路的附近產生電磁場耦合是很正常的。特別是對于信號工作頻率很寬、大小信號電路公用、單元布局密集、離散器件和立裝元器件多的單元,有時它的每根金屬線都會產生天線發射電磁波和接收電磁波。此時,在敏感器件的周圍、弱信號電路處,更容易形成導線的天線效應。


        1.2傳導性耦合

        當兩個或兩個以上回路的電流經過一個公共阻抗時,一個回路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到其它電路回路,即為電路的傳導性耦合。產生的原因有:地線阻抗、公共電源線內阻、公共線路阻抗和多回路電路性傳導等。在實際的電路中,傳導性耦合可以分為電場耦合、磁場耦合和電場磁場耦合,即我們常等效的并聯于電路的電容耦合、串聯于電路的電感耦合和同時并聯串聯于電路的電容電感耦合。


        1.3接地干擾

        在同一電路中,兩個不同的接地點之間總有一定的阻抗,地電流在該公共阻抗上產生了地電壓,而地電壓又直接加到電路上成為干擾電壓。一般情況下,接地阻抗往往都很低,設計時可以不考慮。但對于EMI而盲,地回路接地面上的阻抗是不能忽略的。


        2提高電磁兼容能力的技術

        如何降低通信系統自身的各種EMI,提高系統EMC能力,是保證系統正常工作的前提,其方法主要有一下幾種:


        2.1降低輻射干擾

        電磁輻射的傳輸方式大至相隔較遠的系統間,小至系統內可想象的極小距離,所以在設備設計之初,應該將大信號和小信號嚴格分開,分單元設計或隔離,減小空間里相互的電磁干擾。主要方法有:


        2.1.1進行物理隔離

        即增大信號導線與干擾鋪源之間的距離,弱信號導線應避免和強信號導線相互平行設計。避免同一個信號回路的兩根導線,弱信號回路與強信號回路共用接地線。對于各種不同性能的元件和導線,應按其不同電平、功率、抗干擾能力的大小,進行分類。


        2.1.2平衡電路電壓

        利用電路上的平衡關系,讓兩根傳輸同一信號的導線具有相同的干擾電壓??墒垢蓴_電壓在這兩根導線的負載上自行抵消。用這種方法能有效地抑制外電路的電磁干擾。


        2.1.3保持信號間的良好屏蔽性

        即將電力線或磁力線的影響限定在某個范圍內,阻止電力線或磁力線進入某個范圍,把外界干擾與測量裝置隔開。使測量信號不受外界電磁場的影響。使用屏蔽線和屏蔽電纜時,必須注意屏蔽層、外層都不能流過電流,與地不能構成回路。


        2.1.4正確接地

        地電位十分復雜,為了盡量削弱干擾,應正確應用“一點接地”和“多點接地”。


        2.2降低接地干擾

        接地平面的一般要求為:接地平面應是零電位;理想的接地平面應是零電阻的實體,電流經過時沒有壓降;接地平面與布線間有很大的分布電容,而平面本身的引線電感將很??;接地要求盡量降低多電路公共接地阻抗上所產生的干擾電壓.同時避免形成不必要的回路。


        在進行小信號電路的接地設計,特別是信號變化范圍大、頻率變化范圍大的電路設計時,應該注意以下幾個方面的問題:


        2.2.1弱信號放大器與信號源選擇一點接地

        對于信號源和放大器連接的電路。如果信號源和放大器在不同點接地,兩地之間存在著電位差。對放大器的輸出端而言,這個電位差很小,可以忽略不計;但對放大器的輸入端來說,這個電位差應遠遠小于信號源的輸出信號,否則將在放大器上產生很大的干擾。


        2.2.2多級電路選擇一點接地

        低電平級電路是受干擾的電路。特別是多級相連的電路,輸入信號和輸出信號相比較,非常小,因此,應選擇一點接地,使低電平級電路受到干擾為小。


        2.2.3電纜屏蔽層的接地點選擇

        對于低頻和高頻電路,應采用不同的接地方式,特別是高頻屏蔽線,使回路電流只經過低阻屏蔽層而不通過電纜的內導體.可有效地抑制地回路的干擾。


        2.2.4諧振回路的接地選擇

        諧振回路和濾波電路的接地是容易被忽略的問題,受接地方式的誤導,許多設計人員將諧振回路的電容電感就近接地。在并聯諧振回路中,電感和電容應取一點接地,使諧振回路本身形成一個閉合回路,此時高頻大電流將不通過接地面。而抑制產生地回路干擾。采用正確的諧振回路和濾波電路可有效抑制干擾。


        2.3降低傳導干擾

        傳導干擾分為差模干擾和共模干擾兩種:前者是指存在于相線和中線之間的干擾信號:后者是指各相線和中線和地之間的干擾信號。


        在不同的電路中,應根據差模干擾和共模干擾對電路的影響大小來選擇具體的抑制干擾方法。在一般的電路系統中,差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較??;共模干擾幅度大、頻率高,還可以通過導線產生輻射.所造成的干擾較大。因此,欲削弱傳導干擾。把EMI信號控制在有關EMC標準規定的極限電平以下,有效的方法就是在開關電源輸入和輸出電路中加裝濾波器。同時,濾波也是應用廣泛、有效的方法之一。目前。抑制傳導干擾有效的方法是無源濾波技術。根據電路不同的耦合方式所引起的不同的傳導干擾,應采用不同的方法來消除或減小。對于電感耦合帶來的干擾,在適當的位置增加釋放電容,達到消除或減小互感帶來的干擾;對于電容耦合,干擾頻率、阻抗是由設備決定的,抑制電容耦合干擾有效的方法是減小耦合電容。


        2.4減小電磁干擾的其它措施

        為了降低通信系統的噪聲、消除EMI,在系統設計時,還應該考慮以下幾種方法:


        2.4.1選用低噪聲的器件和元件

        在放大或其它電路中.電子器件的內部噪聲起著重要的作用,因此,改進電子器件的噪聲性能和選用低噪聲的電子器件,就能大大降低電路的噪聲系數。


        2.4.2正確地選擇晶體管

        放大級的直流T作點晶體管放大級的噪聲系數和晶體管的直流工作點有較大的關系,同時,噪聲系數NF還分別與晶體管的VCE和VCB有關。


        2.4.3選擇合適的信號源內阻

        一級放大器、多級放大器的各級之間、混頻器等均與信號源相連,選擇合適的內阻,不僅可以獲得小的噪聲系數,同時可以得到大的功率增益。


        2.4.4選擇合適的工作帶寬

        噪聲、電壓都與通帶寬度有關.接收機或放大器的帶寬增大時,接收機或放大器的各種內部噪聲也增大。因此,必須嚴格選擇接收機或放大器的帶寬.使之既不過窄,滿足信號‘通過時對失真的要求.叉不致過寬.以免信噪比下降。


        3結束語

        在自然界中,EMI無所不在,不論采取什么樣的措施,都不能徹底消除EMI的影響。我們所能夠做到的就是降低其影響,綜合考慮各種限制因素的要求,滿足工作需要。


         


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