電磁干擾抑制技術(shù)

1、電磁干擾（EMI）抑制技術(shù)時間：2022-08-14 11：38：34 來源： 1電磁干擾基本概念在簡單的電磁環(huán)境中，任何電子及電氣產(chǎn)品除了本身能夠承受肯定的外來電磁干擾 （Electromagnetic Interference,EMI）而保持正常工作外 還不會對其他電子及電氣設(shè)施產(chǎn)生 不行承受的電磁干擾5該產(chǎn)品即具有電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC）i。21世紀(jì)將是信息爆炸的時代,，信息的產(chǎn)生、傳遞、接收、處理和儲存等都需要依靠電 磁波作為載體。廣義地說，聲波、無線電波、光波均可作為信息載體，因此，廣義的電磁兼 容性概念也應(yīng)拓展到聲、光、電的寬

2、闊領(lǐng)域。電子及電氣產(chǎn)品的電磁干擾放射或受到電磁干擾的侵害都是通過產(chǎn)品的外殼、交/直流 電源端口、信號線、掌握線及地線而形成的。依據(jù)EMI的傳播方式，可將其分為電磁輻射 干擾和電磁傳導(dǎo)干擾兩大類。通常，輻射干擾消失在產(chǎn)品四周的媒體中，傳導(dǎo)干擾那么消失在 各種導(dǎo)體中。一般來說，通過外殼放射的電磁干擾，或通過外殼侵入的干擾都是輻射干擾， 而通過其它導(dǎo)體放射和入侵的干擾屬于傳導(dǎo)干擾。2人類必需關(guān)注電磁兼容問題電磁環(huán)境不斷惡化20世紀(jì)中葉以來，電子技術(shù)的迅猛進(jìn)展，使人類社會的進(jìn)步和文明上了一個新的臺階， 但是也給人們帶來了一系列社會問題和環(huán)境問題。家用電器、通信、計算機(jī)及信息設(shè)施、電 開工具、航空、航天

3、等工業(yè)、科技、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域的自動掌握、測量儀器以及電力電子系 統(tǒng)等的廣泛普及、應(yīng)用，深化千家萬戶之中，使得電磁污染問題日益突出，而電子設(shè)施的高 頻化、數(shù)字化，干擾信號的能量密度增大，使有限空間內(nèi)的電磁環(huán)境更為惡化。1996年3月，日本SAPIO雜志公布了日本家用電器電磁輻射的檢測結(jié)果（表1）。瑞典 等北歐三國于1993年所作的聯(lián)合調(diào)查指出：人類長期受到2mG（毫高斯）以上的電磁輻射影 響，患白血病的機(jī)會是正常人的2.1倍，患腦腫瘤的機(jī)會是正常人的1.5倍，其他疾病的發(fā) 病概率也明顯增加。表1家用電器電磁輻射檢測結(jié)果（單位：mG）2表L家用電電踞輻射檢測結(jié)果（單依：mG） 2J名稱名稱箱射髭名

4、稱箱射魚名稱輻射氣而年爐1電冰將20吸金尊200傳M2電熨斗3詵衣機(jī)30凝波爐200錄簟枳6也啕20豆卬機(jī)40電熱Q100電卷祖VCD2010吹風(fēng)機(jī)70電炒第40空潮*20無饅氣運(yùn)機(jī)200動制須刀100電磁污染危害不淺電磁干擾和污染看不見、摸不著、聽不到，因其無色、無味也無形，但它確實無處不 在、危害不淺，威逼人體健康。德國專家指出，電磁污染能影響對人體生物鐘起作用的激素 和傳達(dá)神經(jīng)信息的激素，還能破壞細(xì)胞膜;美國科學(xué)家的討論說明，電磁污染可直接殺傷人 體細(xì)胞DNA，促使基因突變而致癌;英國曼徹斯特高校的討論說明，女性每天操作電腦6小 時，其內(nèi)分泌會發(fā)生紊亂，連續(xù)操作電腦4小時，會使視力下降、

5、近視;加拿大渥太華總醫(yī) 院8名從事電視屏終端操作的婦女竟有7人次懷上畸形胎兒。前蘇聯(lián)國際象棋特級大師尼 古拉與一臺超級電腦下棋時，連勝三局后突然死亡，其殺手就是電腦放射的電磁波。1989 年，日本一家工廠發(fā)生了機(jī)器人將一名修理工強(qiáng)行塞人機(jī)器中絞死的事故，調(diào)查證明是電磁 干擾信號更改了機(jī)器人的程序所致吟年我們我國山西一名旅客在飛機(jī)即將在北京機(jī)場降落 時使用“大哥大”，導(dǎo)致飛機(jī)偏航而被判刑并懲罰款，可見電磁污染就在你我身邊。EMC問題正在法律規(guī)范化EMC問題，實際上是電子、電氣設(shè)施和系統(tǒng)的干擾和抗干擾問題。一方面，電子設(shè)施 和系統(tǒng)本身抗EMI力量要到達(dá)肯定的標(biāo)準(zhǔn)，另一方面，它對周邊的EMI必需限制

6、在肯定程 度。早在5。年月，美國軍方首先討論、制定了一些EMC標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過二十多年的大量討論，到80年月已形成軍用MIL-F-15773無線電干擾總法律規(guī)范 和民用FCC標(biāo)準(zhǔn)兩大系列;德國制定了 VDE標(biāo)準(zhǔn)，并被作為歐洲共同體EMC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)， 1993年已開頭強(qiáng)制執(zhí)行;日本和前蘇聯(lián)也相繼制訂了各自的EMC標(biāo)準(zhǔn);韓國從1993年開頭 執(zhí)行EMC國際標(biāo)準(zhǔn)。我們我國于1998年起推行EMC標(biāo)準(zhǔn)（已發(fā)布47個），并從2000年 1月1日起強(qiáng)制執(zhí)行。屆時達(dá)不到EMC標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品包括家用電器將不準(zhǔn)生產(chǎn)和銷售， 當(dāng)然更無法進(jìn)入歐美等國際市場。信息平安不行忽視信息電子戰(zhàn)將成為21世紀(jì)高技術(shù)戰(zhàn)斗的主要內(nèi)容之一

7、。一方面，軍事電子裝備和作戰(zhàn) 武器平臺必需具有強(qiáng)有力的抗干擾性能和隱身性能;另一方面，自身的信號輻射、泄漏應(yīng)盡 可能降低，以保證軍事信息的平安性。此外，隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加速，大至一個我國，小至一個企業(yè)，經(jīng)濟(jì)信息的平安 性也已經(jīng)提高到非常重要的地位。尤其是財政、金融、方案等要害部門更是如此。為了改善人類的生活環(huán)境、提高人們的生存質(zhì)量、進(jìn)展經(jīng)濟(jì)、擴(kuò)大出口、增加綜合國 力、實現(xiàn)科技強(qiáng)軍，我們都應(yīng)非常關(guān)注EMC問題。3 EMI抑制技術(shù)的主要內(nèi)容3抗EMI系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)抗EMI系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)是提高電子整機(jī)EMC性能的關(guān)鍵所在。因此該技術(shù)又稱為EMC 設(shè)計技術(shù)。EMC設(shè)計的目的是使電子、電氣產(chǎn)品在肯定的電

8、磁環(huán)境中能正常工作，既滿意標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的抗干擾極限值要求，在受到肯定的電磁干擾時，無性能降級或故障;又滿意標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 電磁輻射極限值要求，對電磁環(huán)境不構(gòu)成污染源。因此，EMC是產(chǎn)品的重要性能之一，也 是實現(xiàn)產(chǎn)品效能的重要保證。EMC設(shè)計要從分析產(chǎn)品預(yù)期的電磁環(huán)境、干擾源、耦合途徑和敏感部件入手，采納相 應(yīng)的技術(shù)措施，抑制干擾源、切斷或減弱耦合途徑，增加敏感部件的抗干擾力量等。并進(jìn)行 計算機(jī)仿真和測試驗證。EMC設(shè)計技術(shù)包括系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料和元器件的選取以及抗EMI元器件的 使用等。其中有源器件的選用非常關(guān)鍵。EMC設(shè)計技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計的初級階段就應(yīng)非常重視，盡可能把8。9。以上的問題 解決

9、在初級階段。一旦產(chǎn)品批量生產(chǎn)了，覺察EMC問題再去解決，就會事倍功半。EMI抑制材料技術(shù)屏蔽材料屏蔽就是采用材料的反射和/或汲取作用，以削減EMI輻射。屏蔽材料的有效填置可 削減或清除不必要的縫隙，抑制電磁耦合輻射，降低電磁泄漏和干擾。具有較高導(dǎo)電、導(dǎo)磁 性能的材料可作為電磁屏蔽材料，一般要求屏蔽性能達(dá)4。60dB。目前常用的屏蔽材料有 金屬材料和高分子材料兩大類。金屬材料按用途又可分為襯墊屏蔽材料和透氣性屏蔽材料兩種。任何有用的機(jī)箱都會 有縫隙，由于縫隙的導(dǎo)電不連續(xù)性，在該處即產(chǎn)生電磁泄漏。解決的方法是在非永久性搭接 處加電磁密封襯墊。如金屬絲網(wǎng)襯墊、導(dǎo)電橡膠襯墊、被銅指形簧片、螺旋管襯墊及

10、橡膠芯 襯墊+金屬絲網(wǎng)等。任何機(jī)箱為了散熱透氣往往開有小孔，因此引發(fā)電磁泄漏，用金屬絲網(wǎng) 難以到達(dá)完全屏蔽效果，需采納波導(dǎo)窗多層截止波導(dǎo)通風(fēng)板和泡沫金屬等以改善屏蔽效果。 由銅或饃及連通的空洞組成、空心金屬骨架互連的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)金屬泡沫作屏蔽材料，在 10100MHz范圍內(nèi)，屏蔽性能達(dá)90dB，且重量輕、體積小，是很有前途的屏蔽材料。高分子材料主要包括導(dǎo)電塑料、導(dǎo)電涂料和外表導(dǎo)電材料，此外還有導(dǎo)電玻璃和導(dǎo)電 膜片;與金屬材料相比，它們具有重量輕、易成型、電阻率可調(diào)等特點。導(dǎo)電塑料是將導(dǎo)電 物質(zhì)如碳黑、 金屬粉或金屬纖維摻雜于樹脂中制成，屏蔽性能可達(dá)3。8odB;導(dǎo)電涂料通 常由Ag、Ni、Cu

11、或C導(dǎo)電物質(zhì)作填料，與合成樹脂、溶劑和添加劑一起，涂覆于塑料表 面形成固化膜，產(chǎn)生導(dǎo)電屏蔽效果，性能為2060dB不等;外表導(dǎo)電屏蔽材料一般采納金 屬熔射、塑料電鍍、真空蒸發(fā)、貼金屬箔等手段，使絕緣材料外表形成導(dǎo)電層，鍍層最薄為 2511m，屏蔽性能可達(dá)45120dB *甚至更高。322吸波材料吸波材料的主要功能是將干擾源所產(chǎn)生的電磁輻射能量轉(zhuǎn)化為其它能量（主要是熱能） 而耗散掉。依據(jù)損耗機(jī)理不同，可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型三大類4。電阻型吸波材料主要有碳精粉、石墨和SiC等，吸波力量主要取決于材料電阻率，由 于這種材料汲取層厚度t與電磁波長入成正比，通常t=o.6X故適合于高頻段假設(shè)在

12、iooMHz 時應(yīng)用，材料厚度需達(dá)1.8m。電介質(zhì)型吸波材料有BaTiO2、鐵電陶鎏等高介電材料，能量衰減主要來自介電損耗， 而介電損耗與頻率依靠關(guān)系較強(qiáng)，故汲取頻帶窄，且本錢高，應(yīng)用受到肯定限制。磁介質(zhì)型吸波材料主要為鐵氧體，采用鐵氧體獨(dú)特的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率產(chǎn)生的磁損耗機(jī)理， 汲取電磁波，本錢低廉，所以目前應(yīng)用最為廣泛。其中MnZn鐵氧體EMI抑制材料主要用 于低頻，NiZn鐵氧體EMI抑制材料主要用于高頻，而班基鐵、鐵基、銀基磁介質(zhì)那么可在大 電流狀況下應(yīng)用，以解決鐵氧體磁芯的磁飽和問題。33 EMI抑制元器件技術(shù)有源器件的開發(fā)與應(yīng)用開發(fā)和應(yīng)用有源器件，要重點關(guān)注其電磁干擾放射和電磁敏感度這兩項

13、技術(shù)指標(biāo)。有 源模擬器件的敏感度取決于靈敏度和帶寬，而靈敏度以器件的固有噪聲為基礎(chǔ);規(guī)律器件的 靈敏度取決于直流噪聲容限和噪聲抗擾度。有源器件有兩種電磁放射源：傳導(dǎo)干擾和輻射干 擾。傳導(dǎo)干擾通過電源線、接地線和互連線進(jìn)行傳輸，并隨頻率增高而增大;輻射干擾通過 器件本身或連線向外放射，并隨頻率的平方而增大。瞬態(tài)地電流是上述兩種干擾的初始源， 良好接地和各種去耦方式是減小地電流的主要手段。規(guī)律器件的翻幃速度快，所占頻譜越寬，因此，在保證功能的前提下，不行過分追求 響應(yīng)速度。數(shù)字電路的干擾頻譜很寬，是電子和電氣設(shè)施中的重要干擾源，其電磁輻射可分 為共模和差模兩種形式。工作頻率越高，輻射能量就越大;信

14、號電平越高，輻射干擾就越強(qiáng)。 為了掌握差模輻射，必需將印制電路板上信號線、電源線和它們的回線緊靠在一起，以削減 回路面積;為了掌握共模輻射，可使用柵網(wǎng)地線或平面接地等良好接地方式，也可采納共模 扼流圈。抗EMI器件的開發(fā)與應(yīng)用具有良好屏蔽和接地措施的電子、電氣產(chǎn)品，也仍舊會有電磁干擾，此時應(yīng)合理選用 抗EMI元器件?？笶MI器件的種類許多，濾波是壓縮干擾頻譜的基本手段，抗EMI濾波 器是EMC技術(shù)的基礎(chǔ)元器件之一，功能獨(dú)特、門類繁多，在此僅舉幾例。(1)信號線濾波器這是一類用于信號線的低通濾波器，用來濾除高頻干擾成分。主要有線路板濾波器、 屏蔽殼體饋通濾波器和連接器濾波器、濾波器陣列板等，通常

15、由EMI磁芯和電容器組成” 型或L型濾波網(wǎng)絡(luò)。(2) EMI抑制器抗EMI鐵氧體的重要參數(shù)為磁導(dǎo)率N和飽和磁通密度Bs?？诳杀硎緸閺?fù)數(shù)，實數(shù)局部 表征電感，虛數(shù)局部構(gòu)成磁損耗。其等效電路由電感L和電阻R組成，L、R均為頻率的函 數(shù)。低頻時R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制;高頻時R增大，電磁干擾 被汲取并轉(zhuǎn)換成熱能。這類EMI抑制器實際上也是一種低通濾波器，目前已被廣泛用于印 制板、電源線和信號線上不但抑制高頻干擾和尖峰干擾也具有汲取靜電放電脈沖的力量。(3)電源線濾波器電源線是電磁干擾出入電子、電氣設(shè)施的主要通道，電源線濾波器只允許電源頻率通 過，高于電源頻率的干擾信號將受到衰減

16、和抑制。由于火線、零線回路中的干擾為差模干擾， 而火線、零線與地線回路中的干擾為共模干擾，電源線濾波器對這兩種干擾信號的濾波器效 果是不同的，所以往往需要區(qū)分對待。3.4 EMI測試技術(shù)嚴(yán)格依據(jù)國際、國內(nèi)相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)，對系統(tǒng)整機(jī)、部件、元器件和材料進(jìn)行EMI測 試、驗證是EMC技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。前不久，上海建成了華東地區(qū)第一個按90年月新工藝、 新標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的EMC試驗室，采納高性能鐵氧體吸波材料組裝成微波暗室及一系列屏蔽試驗 室，可對電子產(chǎn)品的靜電、群脈沖、浪涌、磁場、諧波、傳導(dǎo)放射等EMC技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測 量、評估5。只有解決了 EMC測試問題，才能更好地開展電子、電氣產(chǎn)品的科研、生產(chǎn)、 銷售

17、、應(yīng)用 服務(wù)，同時可對IT產(chǎn)品的進(jìn)出口業(yè)務(wù)實施有效監(jiān)督。4強(qiáng)化管理，大力推廣EMI抑制技術(shù)必要性EMI抑制技術(shù)是軍民兼用的高新技術(shù)，又與人類的健康和生活質(zhì)量親密相關(guān)，國外經(jīng) 過三四十年的進(jìn)展，已形成了 EMC產(chǎn)業(yè)。美、日等國僅EMI/RFI鐵氧體抑制元器件專業(yè) 生產(chǎn)廠商就有20家以上，TDK公司現(xiàn)有抗EMI鐵氧體元、器件23個系列，71種產(chǎn)品;美 國Filter Concepts有19個系列9。個品種，并進(jìn)一步向微型化、片式化進(jìn)展，其中EMI電 源濾波器和EMI電磁濾波器工作頻帶極寬（3（）kHzioGHz），阻帶抑制達(dá)loodB以上。隨著技術(shù)上的不斷突破，國內(nèi)EMC產(chǎn)業(yè)正在形成中。此外，港臺廠商樂觀進(jìn)軍大陸市 場，也推動了國內(nèi)EMI抑制技術(shù)的進(jìn)展，促進(jìn)了符合EMC國際標(biāo)準(zhǔn)的電子產(chǎn)品的出口。 因此，強(qiáng)化管理，大力進(jìn)展我們我國EMI抑制技術(shù)，并使之產(chǎn)業(yè)化，實屬大勢所趨，勢在 必行。建立科學(xué)的管理體系政府宏觀管理EMI抑制技術(shù)的不斷創(chuàng)新是進(jìn)展我們我國EMC高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。政府一方面要 加快EMC我國標(biāo)準(zhǔn)（包括強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)井口法規(guī)的制訂、貫徹，盡快與國際接軌;另一方面要加 強(qiáng)宏觀指導(dǎo)，樂觀扶持EMC產(chǎn)業(yè)的快速進(jìn)展，引導(dǎo)更多的企事業(yè)單位從事EMI抑制技術(shù) 的開發(fā)與應(yīng)用，制訂相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，重點建設(shè)假設(shè)干個EMC產(chǎn)業(yè)示范基地，對共性技術(shù)賜予 足夠的重視和關(guān)注，并建立必要的技術(shù)創(chuàng)新激勵機(jī)制。