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電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC），是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。本系列將為新手們講述EMC理論基礎(chǔ)知識(shí)，本文主要介紹電磁騷擾的耦合機(jī)理。 電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類(lèi)：即傳導(dǎo)騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過(guò)導(dǎo)體傳播的電磁騷擾，叫傳導(dǎo)騷擾；通過(guò)空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。 上圖傳染病的模型非常近似： 電磁騷擾的常用單位 騷擾的單位通用分貝來(lái)表示，分貝的原始定義為兩個(gè)功率的比： 通常用 dBm 表示功率的單位，dBm 即是功率相對(duì)于 1mW 的值： 通過(guò)以下的推導(dǎo)可知電壓由分貝表示為（注意有一個(gè)前提條件為 R1=R2)： 通常用 dBuV 表示電壓的大小，dBuV 即是電壓相對(duì)于 1uV 的值。 對(duì)于輻射騷擾通常用電磁場(chǎng)的大小來(lái)度量，其單位是 V/m。通常用的單位是dBuV/m。 傳導(dǎo)干擾 a、共阻抗耦合 由兩個(gè)回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流 i，或變化的電流 di/dt。 當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，就發(fā)生了公共阻抗耦合。我們?cè)?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/放大器" target="_blank" class="relatedlink">放大器中，級(jí)與級(jí)之間的一種耦合方式是“阻容”耦合方式，這就是一種利用公共阻抗進(jìn)行信號(hào)耦合的應(yīng)用。在這里，上一級(jí)的輸出與下一級(jí)的輸入共用一個(gè)阻抗。 由于地線就是信號(hào)的回流線，因此當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí)，彼此也會(huì)相互影響。一個(gè)電路的地電位會(huì)受到另一個(gè)電路工作狀態(tài)的影響，即一個(gè)電路的地電位受另一個(gè)電路的地電流的調(diào)制，另一個(gè)電路的信號(hào)就耦合進(jìn)了前一個(gè)電路。 對(duì)于兩個(gè)共用電源的電路也存在這個(gè)問(wèn)題。解決的辦法是對(duì)每個(gè)電路分別供電，或加解耦電路。 b、容性耦合 在干擾源與干擾對(duì)稱(chēng)之間存在著分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場(chǎng)，即變化的電壓 du/dt。 c、感性耦合 在干擾源與干擾對(duì)稱(chēng)之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場(chǎng)，即變化的電流 di/dt。 當(dāng)信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)，信號(hào)路徑與返回路徑之問(wèn)將產(chǎn)生電場(chǎng)，圍繞在信號(hào)路徑和返回路徑周?chē)灿写艌?chǎng)。如圖所示，基板材料為FR4的50Ω微帶線橫截面上的電力線和磁力線，可見(jiàn)，這些場(chǎng)并不僅僅局限于微帶線的正下方，而是會(huì)延伸到周?chē)目臻g。這些延伸出去的場(chǎng)稱(chēng)為邊緣場(chǎng)。 根據(jù)電磁場(chǎng)基本理論，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。那么，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)）的布線進(jìn)入另一網(wǎng)絡(luò)（動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)）的邊緣場(chǎng)時(shí)，一旦動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)電壓和電流發(fā)生變化，將會(huì)引起邊緣場(chǎng)的變化，邊緣場(chǎng)的變化又將在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)上感應(yīng)出噪聲電壓或電流，這就是串?dāng)_產(chǎn)生的物理根源。 這種兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)場(chǎng)相互作用被稱(chēng)做耦合，耦合又可以分為容性耦合和感性耦合，而把耦合電容和耦合電感分別稱(chēng)做互容和互感. 互容和互感都對(duì)串?dāng)_有貢獻(xiàn)，但要區(qū)別對(duì)待。當(dāng)返回路徑是很寬的均勻平面時(shí)，如PCB上的布線，容性耦合和感性耦合大體相當(dāng)。因此，要精確預(yù)測(cè)耦合傳輸線的串?dāng)_，兩種因素都必須考慮。如果返回路徑不是很寬的均勻平面，比如引線，雖然容性耦合和感性耦合也都存在，但串?dāng)_主要來(lái)自于互感。這時(shí)，如果動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上有一個(gè)快速變化的電流，如上升、下降沿，將會(huì)在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)上引起不可忽視的噪聲。 d. 共阻抗耦合干擾抑制方法 1）讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無(wú)關(guān)。信號(hào)相互獨(dú)立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。 2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當(dāng)耦合阻抗趨于零時(shí)，稱(chēng)為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導(dǎo)線電阻和導(dǎo)線電感都盡可能小。 3）電路去耦：即各個(gè)不同的電流回路之間僅在唯一的一點(diǎn)作電的連接，在這一點(diǎn)就不可能流過(guò)電路性干擾電流，于是達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。 4）隔離：電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)（比如信號(hào)傳輸設(shè)備和大功率電氣設(shè)備之間），常采用隔離技術(shù)。 e. 容性耦合干擾抑制方法 為了抑制電容性干擾可以采取以下措施： 1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地小； 2）被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成低阻； 3）兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng)，則應(yīng)使其間距盡量大，導(dǎo)線短，避免平行走線； 4）可對(duì)干擾源的干擾對(duì)象進(jìn)行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導(dǎo)體 表面和干擾對(duì)象的導(dǎo)體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最小； f. 感性耦合干擾抑制方法 1） 干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化的幅度和速率盡量小；被干擾系統(tǒng)應(yīng)該具有高阻抗； 2）減少兩個(gè)系統(tǒng)的互感，為此讓導(dǎo)線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，采用雙線結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)縮小電流回路所圍成的面積； 3）對(duì)于干擾源或干擾對(duì)象設(shè)置磁屏蔽，以抑制干擾磁場(chǎng)。 4）采用平衡措施，使干擾磁場(chǎng)以及耦合的干擾信號(hào)大部分相互抵消。如使被干擾的導(dǎo)線環(huán)在干擾場(chǎng)中的放置方式處于切割磁力線最小（環(huán)方向與磁力線平行），則耦合的干擾信號(hào)最小；另外如將干擾源導(dǎo)線平衡絞合，可將干擾電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。 輻射干擾 a. 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng) 干擾通過(guò)空間傳輸實(shí)質(zhì)上是干擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播。場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。近場(chǎng)又稱(chēng)感應(yīng)場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)又稱(chēng)輻射場(chǎng)。判定近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的準(zhǔn)則是以離場(chǎng)源的距離 r 也定的。 r>λ/2π 則為遠(yuǎn)場(chǎng) |
