提高抗干扰能力和电磁兼容性的方法

在研制带MCU数字处理器的电子产品时，如何提高抗干扰能力和电磁兼容" target="_blank">电磁兼容性?

一、下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰：

1、微控制器时钟频率特别高，总线周期特别快的系统。

2、系统含有大功率，大电流驱动电路，如产生火花的继电器，大电流开关等。

3、含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。

二、为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施：

1、选用频率低的微控制器：

选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍。

2、减小信号传输中的畸变

微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。当Tpd>Tr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。

信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr(标准延迟时间)为3到18ns之间。

在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在4~20ns之间。也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。

当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td>Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。

用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则：

信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。

一、屏蔽

屏蔽是一种有效的电磁干扰抑制措施，旨在减少电磁场对外的穿透或内部穿透，从而隔离和衰减辐射干扰。它依据不同的原理分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽三类。

静电屏蔽专注于消除因分布电容耦合而产生的电磁干扰，通过使用低电阻金属材料制成的屏蔽体，并将其接地来实现。电磁屏蔽则旨在防止高频电磁场的干扰，同样采用低电阻金属材料，利用金属对电磁场的吸收和反射特性达到屏蔽效果。而磁屏蔽则是为了防止低频磁场的干扰，通过采用高导磁、高饱和的磁性材料来吸收或损耗电磁场。

值得注意的是，电磁干扰的影响与距离紧密相关，距干扰源越近，干扰场强越大，影响也越显著。在电子仪器仪表中，由于电子元件的布置常受限于体积，因此常采用低电阻金属材料或磁性材料制成封闭体，将防护间距不足的元件或部位进行隔离，以降低静电或电磁干扰的风险。

二、接地

在电子设备或装置中，接地是一项重要的技术措施。它主要用于将设备或装置自身产生的干扰电流，通过接地线引入大地，从而有效抑制传导干扰。理想的接地体被视为一个零电位、零阻抗的物理存在，它作为各电路中信号电平的参考基准，确保任何不必要的电流经过时都不会产生电压降。

三、滤波

滤波是抑制电磁传导干扰的重要手段。在电子设备中，敏感部件如电源线、电话线、控制线及信号线等，常常会传导电磁干扰信号。为了有效抑制这些干扰，通常采用低通滤波器进行滤波。然而，在电磁兼容性设计过程中，我们需要综合考虑滤波器的多项特性，包括其频率响应、阻抗特性、额定电压与电压损耗、额定电流、漏电电流、绝缘电阻、工作温度范围、可靠性以及尺寸大小等。

四、滤波

滤波作为抑制电磁传导干扰的关键环节，在电子设备中发挥着至关重要的作用。为了确保敏感部件如电源线、电话线、控制线及信号线等免受电磁干扰信号的影响，我们通常会采用低通滤波器进行滤波处理。然而，在电磁兼容性设计的复杂过程中，我们需全面考虑滤波器的多项指标，如频率响应、阻抗特性等，以确保其能高效地发挥滤波作用。

电磁干扰，简而言之，就是由电磁波引发的各种干扰现象。这些干扰犹如电磁波海洋中的“噪音”，严重影响着电子设备的稳定运行。

电磁干扰，这一由电磁波引发的现象，在我们的生活中无处不在。它不仅源于自然现象，如闪电、太阳活动等，还与各种人为活动紧密相关。在电力系统中，变压器、电机、开关等设备都会不可避免地产生电磁干扰;电子设备方面，计算机、手机、电视等也都会对周围环境造成一定的影响。此外，工业领域的变频器、电焊机、感应加热器等设备同样会产生电磁干扰。

电磁干扰会带来哪些影响?

电磁干扰对电子设备而言，会产生以下不良影响：

性能下降：设备可能出现工作不稳定、误动作甚至损坏的情况。

数据质量受损：数据传输过程中可能出现错误、丢失等问题。

人体健康受威胁：长期处于电磁干扰环境中，人体健康可能会受到不良影响。

如何降低电磁干扰的影响?

为了有效降低电磁干扰的影响，我们可以采取以下几种措施：

首先，优化电路设计至关重要。通过合理规划和布置电路及传输线路，可以减少传导耦合的影响，进而提升电路的抗干扰能力。

采用屏蔽措施：通过使用屏蔽材料，可以有效地降低辐射耦合的干扰，从而阻断电磁干扰的进一步传播。

接地：将电磁干扰引入大地，以降低其对设备和系统的影响。

使用滤波器：通过滤波器等设备，有选择地滤除电磁干扰中的特定频率成分，从而净化信号。

风电机组的电磁干扰防护

风电机组作为大型机械电子设备，同样面临电磁干扰的威胁。为确保其稳定运行，必须采取有效措施提升其抗干扰能力。

风电机组上的电磁干扰源解析

风电机组中，存在多个潜在的电磁干扰源。这些干扰源主要来源于其内部的电子设备和工作过程。其中，变流器是一个关键组件，它将风力发电机产生的不稳定频率的交流电转换为固定频率的交流电。然而，在IGBT高频通断的过程中，会产生大量的电磁干扰。此外，电机在将电能转换为机械能的过程中，以及发电机将机械能转换成电能时，其内部电流和电磁场的变化，同样会产生不可忽视的电磁干扰。这些干扰如果不加以控制，可能会对风电机组的稳定运行造成严重影响。

风电机组中，哪些设备更易受到电磁干扰的侵袭?

在风电机组中，控制系统、监测系统以及通信系统均属于核心组件，它们各自承担着重要的功能。然而，这些系统在运行过程中都面临着电磁干扰的潜在威胁。控制系统，作为风电机组的大脑，负责整体运行的调控，其稳定性至关重要。监测系统则负责实时监控机组状态，为运维人员提供决策依据，其准确性同样不容忽视。而通信系统，作为风电机组与外部世界联系的桥梁，其稳定性直接影响到机组的信息交互和远程控制能力。因此，这些系统在电磁环境复杂的情况下，都可能成为电磁干扰的受害者。

一、电磁兼容的定义

电磁兼容性(EMC)是指设备或系统能够在其电磁环境中正常工作，并且不会对其他设备产生无法忍受的电磁干扰。它包含两个关键方面：一是设备在运行过程中产生的电磁干扰必须控制在一定限度内，二是设备对环境中存在的电磁干扰应具备一定的抗扰度，即电磁敏感性。

电磁兼容测试主要涵盖两大领域：电磁发射测试(EMI)和电磁抗扰度测试(EMS)。

EMI，即电磁干扰，指的是在导线上以高频电流形式，或在空间以电磁场形式传播的不必要发射。这些发射可能对同一环境中的其他设备造成不良影响，导致其性能下降。而满足EMI要求则意味着设备泄漏到环境中的无用电磁发射必须控制在一定限度内，以确保不会干扰到其他设备。

传导干扰是EMI的一种传播途径，它通过导电介质如电线和其他电网络将信号从一个网络耦合到另一个网络。在电子设备中，例如印刷电路板上的高频信号线、集成电路的引脚以及各类接插件等都可能成为传导干扰的源头。

另一种EMI的传播途径是辐射干扰，它通过空间传播，干扰源以电磁波的形式将其信号耦合到另一个电网络。在高速印刷电路板及系统设计中，许多元件可能会表现出天线特性，从而发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

EMS，即电磁敏感度，衡量的是设备对外来电磁干扰的抵抗力。满足EMS要求意味着设备能够在环境中无用电磁发射超过很高限度的情况下仍能正常工作，展现出其强大的抗电磁干扰能力。

二、电磁兼容测试项目

电磁兼容测试涵盖了多个关键环节，旨在全面评估设备或系统在电磁环境中的适应性与稳定性。这些测试不仅关注设备自身产生的电磁干扰是否超出标准范围，还着重考察设备对外部电磁干扰的抵御能力。通过这些严谨的测试，我们可以确保设备能够在复杂的电磁环境中稳定工作，既不会对其他设备造成不良影响，又能有效抵御外界电磁干扰，从而保证性能的稳定与可靠。

三、如何提高产品的电磁兼容性

提高产品的电磁兼容性是确保设备在复杂电磁环境中稳定运行的关键。通过深入了解电磁兼容测试项目，我们可以采取有效措施来提升产品的电磁兼容性。这包括优化产品设计，加强电磁屏蔽，改善接地系统，以及合理布局电路等。通过这些方法，我们可以显著提升设备的电磁兼容性，确保其在各种电磁环境下都能稳定、可靠地工作。

1、利用完善的屏蔽体来防止外部辐射干扰进入系统，同时也能阻止系统内部的干扰能量向外辐射。屏蔽体应保持其完整性，对于必要的门、缝、通风孔和电缆孔等，需进行妥善处理，并确保屏蔽体可靠接地。

2、设计合理的接地系统，将小信号、大信号和产生干扰的电路分别接地，并尽量减小接地电阻。

3、采用适当的滤波技术，合理选择滤波器的通带，以尽量减小漏电损耗。

4、运用限幅技术，确保限幅电平高于工作电平，并实现双向限幅。

5、仔细选择连接电缆和布线方式，必要时可用光缆替代长电缆，以减少电磁干扰。

6、运用平衡差动电路、整形电路、积分电路和选通电路等技术，提升系统的电磁兼容性。

7、合理分配系统频率。在多主频信号工作的系统中，应尽量使各信号频率错开，甚至避开对方的谐振频率。

8、对于共用走廊的设备，在条件允许的情况下，应保持较大的间距，以减轻它们之间的相互干扰。