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電磁兼容性設計的基本方法

接地


接地是電子設備的一個很重要問題。接地目的有三個:


(1)接地使整個電路係統中的所有單元電路都有一個公共的參考零電位,保證電路係統能穩定地幹作。


(2)防止外界電磁場的幹擾。機殼接地可以使得由於靜電感應而積累在機殼上的大量電荷通過大地泄放,否則這些電荷形成的高壓可能引起設備內部的火花放電而造成幹擾。另外,對於電路的屏蔽體,若選擇合適的接地,也可獲得良好的屏蔽效果。


(3)保證安全工作。當發生直接雷電的電磁感應時,可避免電子設備的毀壞;當工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機殼相通時,可避免操作人員的觸電事故發生。此外,很多醫療設備都與病人的人體直接相連,當機殼帶有110V或220V電壓時,將發生致命危險。



因此,接地是抑製噪聲防止幹擾的主要方法。接地可以理解為一個等電位點或等電位麵,是電路或係統的基準電位,但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全,電子設備的機殼和機房的金屬構件等,必須與大地相連接,而且接地電阻一般要很小,不能超過規定值。


電路的接地方式基本上有三類,即單點接地、多點接地和混合接地。單點接地是指在一個線路中,隻有一個物理點被定義為接地參考點。其它各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個係統中各個接地點都直接接到距它最近的接地平麵上,以使接地引線的長度最短。接地平麵,可以是設備的底板,也可以是貫通整個係統的地導線,在比較大的係統中,還可以是設備的結構框架等等。混合接地是將那些隻需高頻接地點,利用旁路電容和接地平麵連接起來。但應盡量防止出現旁路電容和引線電感構成的諧振現象。


屏蔽


屏蔽就是對兩個空間區域之間進行金屬的隔離,以控製電場、磁場和電磁波由一個區域對另一個區域的感應和輻射。具體講,就是用屏蔽體將元部件、電路、組合件、電纜或整個係統的幹擾源包圍起來,防止幹擾電磁場向外擴散;用屏蔽體將接收電路、設備或係統包圍起來,防止它們受到外界電磁場的影響。


因為屏蔽體對來自導線、電纜、元部件、電路或係統等外部的幹擾電磁波和內部電磁波均起著吸收能量(渦流損耗)、反射能量(電磁波在屏蔽體上的界麵反射)和抵消能量(電磁感應在屏蔽層上產生反向電磁場,可抵消部分幹擾電磁波)的作用,所以屏蔽體具有減弱幹擾的功能。


屏蔽體材料選擇的原則是:


(1)當幹擾電磁場的頻率較高時,利用低電阻率的金屬材料中產生的渦流,形成對外來電磁波的抵消作用,從而達到屏蔽的效果。


(2)當幹擾電磁波的頻率較低時,要采用高導磁率的材料,從而使磁力線限製在屏蔽體內部,防止擴散到屏蔽的空間去。


(3)在某些場合下,如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的屏蔽效果時,往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。


濾波


濾波是抑製和防止幹擾的一項重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導幹擾的電平,因為幹擾頻譜成份不網於有用信號的頻率,濾波器對於這些與有用信號頻率不同的成份有良好的抑製能力,從而起到其它幹擾抑製難以起到的作用。所以,采用濾波網絡無論是抑製幹擾源和消除幹擾耦合,或是增強接收設備的抗幹擾能力,都是有力措施。用阻容和感容去耦網絡能把電路與電源隔離開,消除電路之間的耦合,並避免幹擾信號進入電路。對高頻電路可采用兩個電容器和一個電感器(高頻扼流圈)組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多,選擇適當的濾波器能消除不希望的耦合。


正確選用無源元件


實用的無源元件並不是“理想”的,其特性與理想的特性是有差異的。實用的元件本身可能就是一個幹擾源,因此正確選用無源元件非常重要。有時也可以利用元件具有的特性進行抑製和防止幹擾。


電路技術


有時候采用屏蔽後仍不能滿足抑製和防止幹擾的要求,可以結合屏蔽,采取平衡措施等電路技術。平衡電路是指雙線電路中的兩根導線與連接到這兩根導線的所有電路,對地或對其它導線都具有相同的阻抗。其目的在於使兩根導線所檢拾到的幹擾信號相等。這時的幹擾噪聲是一個共態信號,可在負載上自行消失。另外,還可采用其它一些電路技術,例如接點網絡,整形電路,積分電路和選通電路等等。總之,采用電路技術也是抑製和防止幹擾的重要措施


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