防止产生电磁干扰的措施有哪些?
电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。
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防止电磁干扰(EMI)的措施需要从干扰源、传播路径和敏感设备三方面入手,主要措施包括:
一、抑制干扰源(源头减少)
- 屏蔽
- 机箱屏蔽:用导电金属(铜、铝)或金属化材料(导电漆/导电布)包裹设备,形成电磁封闭体。接缝处使用导电衬垫,通风孔加金属丝网或波导通风板。
- 电缆屏蔽:双绞线(抑制低频磁场)、屏蔽电缆(铝箔/编织层)接地。
- 元件屏蔽:对高频器件(晶振、开关电源)加局部金属屏蔽罩。
- 滤波
- 电源滤波:在设备电源入口加装EMI滤波器(抑制传导干扰)。
- 信号滤波:对I/O线加磁珠、馈通滤波器、RC/LC滤波电路,滤除高频噪声。
- 电路优化
- 软开关技术:减少开关电源的电流/电压突变(dV/dt, di/dt)。
- 降低工作频率:在满足性能前提下选用较低频率。
- 缓冲电路:为开关管(MOSFET/IGBT)并联RC吸收电路。
二、切断传播路径(阻断耦合)
- 合理布线
- 强弱电分离:高压大电流线与敏感信号线分层/分槽走线,避免平行。
- 缩短高频回路:减小高速信号(时钟、数据线)回路面积,紧邻地平面走线。
- 避免90°拐角:采用45°弧线布线减少天线效应。
- 接地设计
- 单点接地:低频电路避免地环路噪声。
- 多点接地:高频电路(>10MHz)降低地阻抗,使用大面积地平面。
- 混合接地:结合单点与多点接地优势。
- 屏蔽层接地:电缆屏蔽层单端接地(防地环路)或两端接地(防高频辐射)。
- 隔离技术
- 光耦隔离:切断电气连接,用于数字信号隔离。
- 变压器隔离:隔离电源噪声(如AC/DC模块)。
- 共模扼流圈:抑制电缆上的共模干扰电流。
三、保护敏感设备(增强抗扰)
- 屏蔽敏感电路:对传感器、ADC等关键区域局部屏蔽。
- 电源去耦:在IC电源引脚就近并联 0.1μF高频陶瓷电容 + 10μF电解电容,提供低阻抗电流通路。
- 瞬态抑制:
- TVS管(瞬态电压抑制):抑制静电(ESD)、浪涌。
- 稳压二极管:吸收过压。
- 软件抗干扰:
- 数据校验(CRC、奇偶校验)。
- 看门狗定时器(防程序跑飞)。
- 关键数据冗余存储。
系统性措施
- EMC合规设计:遵循设计规范(如PCB分层、安全间距)。
- 测试与整改:预测试(频谱分析仪)、EMC实验室认证(如CISPR、FCC标准),针对问题点整改。
- 设备布局:保持干扰源(变频器、电机)与敏感设备距离,避免同电源回路供电。
典型应用场景
| 场景 | 关键措施 |
|---|---|
| 开关电源 | 输入滤波、变压器屏蔽、输出整流管加RC吸收 |
| 电机驱动 | 电机电缆屏蔽、驱动器输出端加滤波器 |
| 高速数字电路 | 多层板(地平面)、信号完整性与终端阻抗匹配 |
| 无线设备 | 射频屏蔽罩、天线隔离与频段规划 |
| 工业环境 | 金属机柜、光纤替代长电缆、系统接地网 |
实践提示:通过 近场探头 探测辐射热点,优先解决20 dB以上的超标峰值。对于高敏感医疗或航空航天设备,需采用更严格的MIL-STD-461或IEC 60601标准防护。
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