智能仪器第6章-电磁干扰抑制技术概要课件.ppt

1、第六章 可靠性与抗干扰技术(概要）主要内容：一、电磁干扰噪声的认识和分析 二、抑制电磁干扰的主要技术三、电磁兼容滤波器（补充）（电磁干扰与电磁环境问题认识）一、干扰噪声的认识及电磁干扰分析 干扰源：本征噪声源、人文干扰源、自然界干扰源 电磁干扰，光电干扰，机械干扰（摩擦起电、导体在磁场中运动、压电效应、震颤效应），其它噪声（电化学作用的化学湿电池，温度变化等）1.电磁环境：电子系统受到外部电磁干扰电力线电力线雷电雷电电台电台电视台电视台交流供电电路交流供电电路电动机电动机移动移动通讯通讯天体电磁辐射天体电磁辐射1.电磁环境：电子设备对其它系统的干扰飞机电话线无线设备电视机传导噪声交流供电电路1

2、.电磁环境：电磁干扰频谱分布2.电子系统内部不同电路单元之间 相互影响的几种形式u 传导耦合u 公共阻抗耦合u 电磁场耦合三种耦合途径u传导耦合：通过导体（导线）将干扰耦合进电路中。最典型的例子是干扰通过电源线传入电路。u公共阻抗耦合：来自不同电路的电流流经一个公共阻抗时，就会产生公共阻抗噪声耦合。u电磁场耦合：只要电荷发生移动，所有的电路元件、导线都会辐射电磁场，存在来自发射源的辐射。近场时，分别考虑电场和磁场；远场时，电磁联合辐射。经导线传导引入,如：如交流电源线、长信号线。公共电阻RC、RG（1）传导耦合和公共阻抗（2）电源耦合u设C2 pF,Ri 10k，u为f=50Hz的220 V交

3、流电压，则Vi1.4 mV。u若du/dt 2V/s则：iCdu/dt4A，Vii Ri40 mV（3）电场耦合例子：分布电容耦合（4）磁场耦合VrmsVrms2 2fA BcosfA Bcos电磁感应耦合经互感耦合（5）高频电磁辐射耦合直线发射器直线发射器圆环发射器圆环发射器二、抑制电磁干扰的主要技术l消除或抑制噪声源 l破坏干扰的耦合通道 l消除接收电路对干扰的敏感性 l采用软件抑制干扰 电磁干扰噪声抑制电磁干扰噪声抑制u 屏蔽u 接地u 平衡u 滤波u 隔离技术u 阻抗控制u 电缆设计u 抵消技术1、屏蔽 电屏蔽；低频磁屏蔽；电磁屏蔽静电屏蔽 高导电性材料（铜、铝）接地+Q+Q+QAAA

4、BB电磁屏蔽 高导电性材料（铜、铝）厚度 涡流效应 接地ieeN低频磁屏蔽 高导磁材料、厚度、多层 注意磁饱和问题1、屏蔽 屏蔽电缆应用 同轴电缆（独芯、多层屏蔽，高频信号传输）多芯屏蔽电缆（普通、特种）1、屏蔽：2.抑制干扰源的技术总结l 把干扰源围闭在屏蔽罩内（允许）l 干扰源出线滤波l 限制脉冲的上升和下降沿斜率l 压敏电阻抑制电感线圈的浪涌电压l 产生噪声的导线与地线绞合l 抑制电磁辐射的屏蔽层两端接地3.切断干扰耦合途径的技术总结l 信号线短，远离干扰；l 低电平信号线采用双绞线或贴近地线放置；l 正确接地：低电平信号线保护的屏蔽层单点接地、同轴电缆用于高频屏蔽层两端接地、电路单点接

5、地、高频就近接地；l低电平端子与高电平端子之间放置地端子。4.4.地线技术总结l低电平电路和高电平中避免使用公共地线；l接地线越短越好，避免地线形成环状；l数字电路与模拟电路避免使用公共地线；l数字系统不用输入端口接地。5.检测电路的抗干扰技术总结l 通频带尽可能窄，尽量使用选频滤波；l 直流电源线一定加去耦滤波电容（电解电容+高频电容旁路）；l 信号线、其它可能造成干扰的线分开；l 敏感电路使用屏蔽罩.三、EMI 滤 波 器lEMI滤波器综述l常见的电磁兼容元件l设计实例 EMI影响 可靠的 安静的与信号通道滤波不同的EMI滤波器vEMI滤波器难以进行阻抗匹配vEMI滤波器出现饱和v无法用集

6、总参数等效电路进行高频分析v要求能滤除共模干扰和差模干扰EMI滤波器分类反射式滤波器：阻挡EMI干扰，通过有用信号吸收式滤波器：吸收不需要的频率成分并将此成分的能量转换成热能耗散出去滤波连接器：在连接器上构成L型或者型滤波器电 路 简 单 EMI滤波器的基本形式设计EMI滤波器的注意点v频率特性v耐压性能v额定电流v阻抗特性v屏 蔽v可 靠 性 瞬态干扰抑制快速瞬变脉冲群 影响对象：数字逻辑电路，软故障 浪涌（surge）影响对象：传输或储存的数据，元器件，线路板 静电放电（ESD）影响对象：髙输入阻抗电路，高压绝缘击穿，热失常 非 理 想 的 电 容 电容主要分布参数nESL 等效串连电感n

7、ESR 等效串连电阻 nEPR 等效并联电阻各 式 各 样 的 电 容云母电容云母电容电解电容电解电容高压电容高压电容穿心电容穿心电容法拉电容法拉电容聚苯电容聚苯电容薄膜电容薄膜电容三端电容器三端电容器胆电容胆电容校正校正CBBCBB电容电容独石电容独石电容自热变阻电容器自热变阻电容器不同的电容 不同的效果 未加入滤波措施未加入滤波措施电电 感感l线圈的品质因数为：线圈的品质因数为：Q=L/RQ=L/R电感的离散参数电感的离散参数l分布电容分布电容l直流电阻直流电阻功率电感功率电感模压线圈模压线圈空芯线圈空芯线圈磁环线圈磁环线圈棒状线圈棒状线圈变压器变压器磁饱和特性饱和电感特性非晶磁环磁滞特性

8、曲线 磁芯 特性曲线磁磁 性性 材材 料料 磁磁 性性 元元 件件吸收磁珠用于抑制吸收磁珠用于抑制PCBPCB板高频传导干板高频传导干扰扰夹式磁环：安装夹式磁环：安装方便，用于设备方便，用于设备EMIEMI结构优化结构优化 扁平吸收环用于扁平吸收环用于数据总线、数字信数据总线、数字信号线滤波号线滤波非晶材料非晶材料烧结铁氧体烧结铁氧体作为尖峰抑制器使作为尖峰抑制器使用用粉芯材料粉芯材料NiNiMnMn软磁软磁材料材料 二极管不同的性能不同的应用TVSTVS瞬瞬变变二二极极管管芯片热阻与脉冲持续时间关系图TVSTVS伏安特性伏安特性超快超软恢复二极管反向恢复时间肖特基二极管 用于各种脉冲吸收场合，trr4ns变阻二极管其它常用EMI抑制元件l 压敏电阻 没有脉冲时呈高阻值状态，一旦响应脉冲电压，立即将电压限制到一定值，阻抗突变为低值 1、高压型压敏电阻 2、高能型压敏电阻 l 气体放电管 极间的电场强度超过气体的击穿强度，引起间隙放电，限制极间电压 l 火花间隙 电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地