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設計技巧:EMI輻射信號強度解析

發布時間:2012-6-8 11:21    發布者:eechina
關鍵詞: EMI
作者:Bonnie C. Baker,德州儀器(TI) 高級應用工程師

需要距離輻射源多遠才能使輻射信號不干擾系統呢?要想知道這個問題的答案,需要思考下面兩個問題:1)輻射源的輻射能量大小;2)系統的EMI 保護電路性能如何。本文中,我們將首先討論第一個問題。

呈輻射狀的電磁干擾(EMI) 信號會從輻射源傳播至某個接收單元。根本而言,這些信號的功率或者電壓強度在“觸及”敏感的電路時,取決于發送器的功率/天線增益以及輻射源和接收器之間的距離(請參見圖1)。


圖 1 輻射源和接收器之間的 EMI 電場和功率密度關系

在進行EMI 評估時,可能會利用電場強度或者輻射功率密度參數。電場強度量化了輻射源干擾電壓的大小。這種窄帶或者寬帶EMI 信號測量單位為伏每米(V/m)。您可以根據喜好,對這種電場強度單位進行修改,將它們轉換成dBμV/m,其中dBμV = 20 log (V) + 120μV。

窄帶EMI 信號一般為重復信號或者脈沖序列。利用圖1 所示簡單公式,可以在距離EMI 輻射源的某個地方,迅速計算出輻射電壓的極端估計情況Er。寬帶EMI 信號一般為單個脈沖,例如:閃電、一次ESD 事件或者火花隙。這些脈沖類型事件都包含多個頻率。寬帶信號難以測量,因為它們不重復且速度快。

輻射功率密度單位也可用于描述窄帶事件。EMI 窄帶的測量單位(輻射功率密度)可以為瓦特每平方米,即W/m2。通信工程師使用功率密度表示EMI 信號,用于解決其窄帶EMI 問題?梢詫⑤椛涔β拭芏葐挝晦D換成dBm/m2,其中dBm (dB milliwatts) = 10 log (W)。

在實驗室中,可以在時域和頻域中對EMI信號進行預分析。使用一臺示波器對信號進行時域觀察,然后再使用一臺頻譜分析儀對信號進行頻域評估。但是,通過聯邦通信委員會(FCC) 和歐洲國際特別委員會(CISPR) 無線電干擾認證的一些公司,必須在產品上市以前就進行所有輻射EMI 測量。這種要求可以確保測試結果完全符合FCC 和/或CISPR 規定。測試方法包括使用環境測試,并使用經過校準的EMI 測試設備和天線。FCC 和CISPR 要求設備發射的輻射信號必須在規定值以下。FCC 和CISPR 相關文件包括EN 55011、EN 55013、EN 55014、EN 55015、EN 55022和EN 50081-1.2(通用輻射標準)。


圖 2 FCC 和 CISPR 輻射限制—30MHz 到 1GHz,測量距離 10m

圖2 中,A 類限制針對商業、工業或者企業環境下使用的電子設備。B 類限制針對家用電子設備。A 類限制也可能適用于家用電子設備。B 類限制更加嚴格,因為這類設備可能會靠近TV和無線電接收設備放置。

我們離電路中的器件越來越近了,下次,我們將討論EMI輻射傳播,敬請期待。

參考文獻

    《EDN 設計人員EMC 指南》,作者:Kimmel Gerke聯合有限公司Daryl D. Gerke, PE和William D. Kimmel, PE
    《RFI:讓噪聲遠離您的設計》,作者:Paul Rako,2008 年1 月10 日發表于EDN。
    《運算放大器的EMI 抑制比》,作者:TI Chris Hall和Thomas Kuehl,2011 年8 月發表于SBOA128。
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