通訊系統產生EMI的原因是什麼?如何進行消除?

2021-09-02 23:53:37 字數 2977 閱讀 9092

無線電通訊是把能量以電磁場的方式從乙個電路傳輸到另乙個電路。在進行電路設汁或無線電通訊時,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,否則將會在裝置之間及裝置的內部產生電磁干擾。尤其在設計比較複雜的裝置電路和其中的複雜單元時,則更應該考慮電磁相容問題。由於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。

這裡我們只討論通訊系統內部產生emi的原因及如何消除emi的影響。在通訊系統內部,各種電子器件應用很多,導致了emi成為了乙個比較複雜的問題,產生的原因有很多,如電源線與訊號線、訊號線與訊號線的公共阻抗、各種訊號之間的接地不當、強訊號電路對弱訊號電路的電磁感應、大功率訊號的空間電磁波輻射對其它電路的影響、多路訊號並列傳送產生的互相干擾等。通訊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。

大功率的電子裝置和高頻訊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。尤其是在電子裝置系統內部,許多元件集中安裝在狹小的空間內,由於大功率訊號的輻射,在弱訊號電路的附近產生電磁場耦合是很正常的。特別是對於訊號工作頻率很寬、大小訊號電路公用、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、弱訊號電路處,更容易形成導線的天線效應。

當兩個或兩個以上迴路的電流經過乙個公共阻抗時,乙個迴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迴路,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、公共線路阻抗和多迴路電路性傳導等。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,即我們常等效的併聯於電路的電容耦合、串聯於電路的電感耦合和同時併聯串聯於電路的電容電感耦合。

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。但對於emi而盲,地迴路接地面上的阻抗是不能忽略的。

如何降低通訊系統自身的各種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:

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,所以在裝置設計之初,應該將大訊號和小訊號嚴格分開,分單元設計或隔離,最大程度上減小空間裡相互的電磁干擾。主要方法有:

即增大訊號導線與干擾鋪源之間的距離,弱訊號導線應避免和強訊號導線相互平行設計。避免同乙個訊號迴路的兩根導線,弱訊號迴路與強訊號迴路共用接地線。對於各種不同效能的元件和導線,應按其不同電平、功率、抗干擾能力的大小,進行分類。

利用電路上的平衡關係,讓兩根傳輸同一訊號的導線具有相同的干擾電壓。可使干擾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。

即將電力線或磁力線的影響限定在某個範圍內,阻止電力線或磁力線進入某個範圍,把外界干擾與測量裝置隔開。使測量訊號不受外界電磁場的影響。使用遮蔽線和遮蔽電纜時,必須注意遮蔽層、外層都不能流過電流,與地不能構成迴路。

地電位十分複雜,為了盡量削弱干擾,應正確應用「一點接地」和「多點接地」。

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;接地平面與佈線間有很大的分布電容,而平面本身的引線電感將很小;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迴路。

在進行小訊號電路的接地設計,特別是訊號變化範圍大、頻率變化範圍大的電路設計時,應該注意以下幾個方面的問題:

對於訊號源和放大器連線的電路。如果訊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於訊號源的輸出訊號,否則將在放大器上產生很大的干擾。

低電平級電路是最易受干擾的電路。特別是多級相連的電路,輸入訊號和輸出訊號相比較,非常小,因此,應選擇一點接地,使低電平級電路受到干擾為最小。

對於低頻和高頻電路,應採用不同的接地方式,特別是高頻遮蔽線,使迴路電流只經過低阻遮蔽層而不通過電纜的內導體.可有效地抑制地迴路的干擾。

諧振迴路和濾波電路的接地是最容易被忽略的問題,受接地方式的誤導,許多設計人員將諧振迴路的電容電感就近接地。在併聯諧振迴路中,電感和電容應取一點接地,使諧振迴路本身形成乙個閉合迴路,此時高頻大電流將不通過接地面。而抑制產生地迴路干擾。採用正確的諧振迴路和濾波電路可有效抑制干擾。

傳導干擾分為差模干擾和共模干擾兩種:前者是指存在於相線和中線之間的干擾訊號:後者是指各相線和中線和地之間的干擾訊號。

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、所造成的干擾較小;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訊號控制在有關emc標準規定的極限電平以下,最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,濾波也是應用最廣泛、最有效的方法之一。目前。抑制傳導干擾最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,應採用不同的方法來消除或減小。對於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;對於電容耦合,干擾頻率、阻抗是由裝置決定的,抑制電容耦合干擾最有效的方法是減小耦合電容。

為了最大程度地降低通訊系統的雜訊、消除emi,在系統設計時,還應該考慮以下幾種方法:

在放大或其它電路中.電子器件的內部雜訊起著重要的作用,因此,改進電子器件的雜訊效能和選用低雜訊的電子器件,就能大大降低電路的雜訊係數。

放大級的直流t作點電晶體放大級的雜訊係數和電晶體的直流工作點有較大的關係,同時,雜訊係數nf還分別與電晶體的vce和vcb有關。

第一級放大器、多級放大器的各級之間、混頻器等均與訊號源相連,選擇合適的內阻,不僅可以獲得最小的雜訊係數,同時可以得到最大的功率增益。

雜訊、電壓都與通帶寬度有關.接收機或放大器的頻寬增大時,接收機或放大器的各種內部雜訊也增大。因此,必須嚴格選擇接收機或放大器的頻寬.使之既不過窄,滿足訊號『通過時對失真的要求.叉不致過寬.以免訊雜比下降。

在自然界中,emi無所不在,不論採取什麼樣的措施,都不能徹底消除emi的影響。我們所能夠做到的就是最大程度地降低其影響,綜合考慮各種限制因素的要求,滿足工作需要。

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