高速設(shè)計(jì)基本概念答疑

問(wèn)： 什么是EMI?與EMS及EMC有何區(qū)別?

答： 在電氣干擾領(lǐng)域有許多英文縮寫。這里所提EMI(Electro Magnetic Interference)直譯是電磁干擾。這是合成詞，我們應(yīng)該分別考慮“電磁”和“干擾”。

所謂“干擾”，指設(shè)備受到干擾后性能降低以及對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾的干擾源這二層意思。第一層意思如雷電使收音機(jī)產(chǎn)生雜音，摩托車在附近行駛后電視畫面出現(xiàn)雪花，拿起電話后聽(tīng)到無(wú)線電聲音等，這些可以簡(jiǎn)稱其為與“BC I”“TV I”“Tel I”，這些縮寫中都有相同的“I”(干擾)(BC：廣播)

那么EMI標(biāo)準(zhǔn)和EMI檢測(cè)是EMI的哪部分呢?理所當(dāng)然是第二層含義，即干擾源，也包括受到干擾之前的電磁能量。

其次是“電磁”。電荷如果靜止，稱為靜電。當(dāng)不同的電位向一致移動(dòng)時(shí)，便發(fā)生了靜電放電，產(chǎn)生電流，電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。如果電流的方向和大小持續(xù)不斷變化就產(chǎn)生了電磁波。

電以各種狀態(tài)存在，我們把這些所有狀態(tài)統(tǒng)稱為電磁。所以EMI標(biāo)準(zhǔn)和EMI檢測(cè)是確定所處理的電的狀態(tài)，決定如何檢測(cè)，如何評(píng)價(jià)。

與EMS和EMC的區(qū)別在哪里?

EMS(Electro Magnetic Susceptibility)直譯是“電磁敏感度”。其意是指由于電磁能量造成性能下降的容易程度。為通俗易懂，我們將電子設(shè)備比喻為人，將電磁能量比做感冒病毒，敏感度就是是否易患感冒。如果不易患感冒，說(shuō)明免疫力強(qiáng)，也就是英語(yǔ)單詞Immunity，即抗電磁干擾性強(qiáng)。

EMC(Electro Magnetic Compatibility)直譯是“電磁兼容性”。意指設(shè)備所產(chǎn)生的電磁能量既不對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，也不受其他設(shè)備的電磁能量干擾的能力。

EMC這個(gè)術(shù)語(yǔ)有其非常廣的含義。如同盲人摸象，你摸到的與實(shí)際還有很大區(qū)別。特別是與設(shè)計(jì)意圖相反的電磁現(xiàn)象，都應(yīng)看成是EMC問(wèn)題。

電磁能量的檢測(cè)、抗電磁干擾性試驗(yàn)、檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理、電磁能量輻射抑制技術(shù)、雷電和地磁等自然電磁現(xiàn)象、電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)人體的影響、電場(chǎng)強(qiáng)度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、電磁能量的傳輸途徑、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及限制等均包含在EMC之內(nèi)。

問(wèn)：最近出現(xiàn)很多帶有干擾這個(gè)名詞的東西，請(qǐng)問(wèn)什么是干擾?

答：最近“干擾”的概念使用越來(lái)越廣泛，與必須存在的東西相對(duì)應(yīng)，一切不希望有的東西都可稱做“干擾”。

具體到“電磁干擾”，可以按照下面所列七類進(jìn)行劃分：

按照發(fā)生源劃分

按照傳播路徑劃分

按照輻射干擾的產(chǎn)生原因劃分

按照不同設(shè)備的工作原理劃分

按照發(fā)生的頻率劃分

按照頻率范圍劃分

不同的交流電源

而且可以在每一類中進(jìn)一步分類。根據(jù)發(fā)生源可將干擾細(xì)分如圖1～圖4。

圖1 電磁干擾源類別

圖2自然干擾源類別

圖3人為干擾源類別

圖4 內(nèi)部干擾源類別

從受干擾方面來(lái)看，外來(lái)噪聲是外界干擾，內(nèi)部噪聲是機(jī)內(nèi)噪聲。

除此之外，噪聲按傳遞途徑分類如圖5所示。

圖5 按照干擾傳輸路徑分類

干擾傳播的途徑如圖6所示。有通過(guò)電源線、信號(hào)線、地線、大地等途徑傳播的“傳導(dǎo)干擾”，也有通過(guò)空間直接傳播的“空間干擾”。

這些噪聲并不獨(dú)立存在，在傳播過(guò)程中又會(huì)出現(xiàn)新的復(fù)雜噪聲。

圖6 干擾傳播路徑

造成數(shù)字電路工作不正常的干擾可分為：①電源干擾，②反射，③振鈴(LC共振)：上沖、下沖，④狀態(tài)翻轉(zhuǎn)干擾，⑤串?dāng)_干擾(相互干擾、串音)，⑥直流電壓跌落。

造成開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量下降的干擾分為：①出現(xiàn)在輸出入端子上的干擾(電流交流聲，尖峰脈沖噪聲，回流噪聲);②影響內(nèi)部工作的干擾(開(kāi)關(guān)干擾，振蕩，再生噪聲)。

按發(fā)生的頻率分為：突發(fā)干擾，脈沖干擾，周期性干擾，瞬時(shí)干擾，隨機(jī)干擾，跳動(dòng)干擾。

造成交流電源質(zhì)量下降的干擾分為：高次諧波干擾，保護(hù)繼電器，開(kāi)關(guān)的震顫干擾，雷電涌，尖峰脈沖干擾，噴射環(huán)電弧，瞬時(shí)浪涌。

將來(lái)可能會(huì)將下面這些項(xiàng)目歸入到交流干擾內(nèi)：瞬時(shí)停電，瞬時(shí)下降，頻率變化，電壓變化，高次諧波失真。

另外還干擾按頻率分為：低頻干擾，高頻干擾。

如上所述，干擾可以分成很多類別，這些干擾既產(chǎn)生于電氣電子設(shè)備，又干擾電氣電子設(shè)備，造成設(shè)備的故障和停用，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)和人員傷害。為了使各種設(shè)備能夠互不干擾，正常工作，應(yīng)運(yùn)而生了EMC技術(shù)。

簡(jiǎn)而言之，EMC是“不發(fā)干擾，不受干擾”。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都在研究開(kāi)發(fā)EMC技術(shù)，并應(yīng)用于電氣電子設(shè)備的制造中。

問(wèn)： 什么是共模干擾和差模干擾?為什么有二種?

答： 從干擾源發(fā)出的干擾泄漏到外部的途徑、或者是干擾侵入到受干擾的設(shè)備中的途徑，有電壓、電流通過(guò)電源線或信號(hào)線的傳導(dǎo)傳輸和靠電磁波在空間輻射傳輸二種途徑。[!--empirenews.page--]

電壓電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)有二種形態(tài)，我們將此稱做“共模”和“差模”。設(shè)備的電源線、電話等的通信線、與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路，至少有兩根導(dǎo)線，這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號(hào)。但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體，這就是“地線”。干擾電壓和電流分為兩種：一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導(dǎo)線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差模”，后者叫“共模”。

如圖1所示，電源、信號(hào)源及其負(fù)載通過(guò)兩根導(dǎo)線連接。流過(guò)一邊導(dǎo)線的電流與另一邊導(dǎo)線的電流幅度相同，方向相反。但是干擾源并不一定連接在兩根導(dǎo)線之間。由于噪聲源有各種形態(tài)，所以也有在兩根導(dǎo)線與地線之間的電壓。其結(jié)果是流過(guò)兩根導(dǎo)線的干擾電流幅度不同。

圖1 差模干擾

請(qǐng)看圖2，在加在兩線之間的干擾電壓的驅(qū)動(dòng)下，兩根導(dǎo)線上有幅度相同但方向相反的電流(差模電流)。但如果同時(shí)在兩根導(dǎo)線與地線之間加上干擾電壓，兩根線就會(huì)流過(guò)幅度和方向都相同的電流，這些電流(共模)合在一起經(jīng)地線流向相反方向。我們來(lái)考察流過(guò)兩根導(dǎo)線的電流。一根導(dǎo)線上的差模干擾電流與共模干擾同向，因此相加;另一根導(dǎo)線上的差模噪聲與共模噪聲反向，因此相減。因此，流經(jīng)兩根導(dǎo)線的電流具有不同的幅度。

我們?cè)賮?lái)考慮一下對(duì)地線的電壓。如圖2，對(duì)于差模電壓，一根導(dǎo)線上是(線間電壓)/2，而另一根導(dǎo)線上是 -(線間電壓)/2，因而是平衡的。但共模電壓兩根導(dǎo)線上相同。所以當(dāng)兩種模式同時(shí)存在時(shí)，兩根導(dǎo)線對(duì)地線的電壓也不同。

圖2 對(duì)地電壓/電流與差模、共模電壓/電流之間的關(guān)系

因此，當(dāng)兩根導(dǎo)線對(duì)地線電壓或電流不同時(shí)，可通過(guò)下列方法求出兩種模式的成分：

VN =(V1-V2)/ 2 Vc=(V1+V2)/ 2

IN =(I1-I2)/ 2 Ic=(I1+I2)/ 2

通過(guò)被連接的電路，兩根導(dǎo)線終端與地線之間存在著阻抗。這兩條線的阻抗一旦不平衡，在終端就會(huì)出現(xiàn)模式的相互轉(zhuǎn)換。即通過(guò)導(dǎo)線傳遞的一種模式在終端反射時(shí)，其中一部分會(huì)變換成另一種模式。

另外，通常兩根導(dǎo)線之間的間隔較小，導(dǎo)線與地線導(dǎo)體之間距離較大。所以若考慮從導(dǎo)線輻射的干擾，與差模電流產(chǎn)生的輻射相比，共模電流輻射的強(qiáng)度更大。

與此相反，可以說(shuō)因外部電磁場(chǎng)干擾在導(dǎo)線上產(chǎn)生的干擾電壓/電流，或附近的導(dǎo)線等產(chǎn)生的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)等的耦合是一樣的。