第三章_干扰噪声及其抑制

电磁场耦合分析方法
•电磁场麦克斯韦方程分析：三个空间变量（x，y，z）和 时间（t）的函数，复杂 •电路等效近似分析技术（集总参数元件）
低频电磁干扰的电路等效近似分析技术（集总参数元件,消除空 间变量） •电场被限定在电容器内部：关注电压
•磁场被限定在电感器内部：关注电流
◆ 容性耦合
C=2P F
◆ 互感耦合 电流→磁场→电磁感应 感生电动势: v=－ M*di/dt 傅里叶变换
或
如果电流i1的功率谱密度为Si1（f），则i2的功率谱密度为
i2的功率为
对于圆形截面长度为L的两条非磁性平行导线，ds为导线 间距，其互感为
互感与导线直径无关， 只取决于导线长度和导 线间的间距
高频电磁辐射耦合
★电磁场屏蔽
一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体 在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁 场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大， 而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素。
单纯的电场或磁场干扰源是很少见的，通常所说的电磁干扰是指电场和 磁场同时存在的高频电磁场干扰。
★磁场屏蔽
把磁导率不同的两种介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要 发生突变，这时磁场强度B的大小和方向都要发生变化，也就是 说，引起了磁感线的折射。
图中A为一磁导率很大的软磁材料（如坡莫合金或铁铝合金）做成的罩， 放在外磁场中。由于罩壳磁导率μ 比μ 。大得多，所以绝大部分磁场线从 罩壳的壁内通过，而罩壳内的空腔中，磁感线是很少的。这就达到了磁 屏蔽的目的。
★电场屏蔽
干扰源产生的干扰是以电压形式出现，干扰源与电子设备之间存在容性电场耦 合。为消除或抑制这种干扰，要进行电场屏蔽。其设计应遵从的原则是：(1) 屏蔽体要尽量靠近受保护物，而且屏蔽体的接地必须良好；(2)屏蔽效果的好 坏与屏蔽体的形状有着最直接的关系。屏蔽体如果能够做成全封闭的金属盒最 好，但在工程实践中还需要根据实际情况而定；(3)屏蔽体的材料要以良导体 为好，对厚度没有严格的要求，只要有足够的强度即可。
2、接地：
为保证电工设备正常工作和人身安全而采取的一种用电安全措施。接地 通过金属导线与接地装置连接来实现。接地装置将电工设备和其他生产 设备上可能产生的漏电流、静电荷以及雷电电流等引入地下，从而避免 人身触电和可能发生的火灾、爆炸等事故。
3、平衡：
根据收发可逆原理，外部空间电磁场可以直接进入双绞线。双绞线 无法防止外界电磁场进入,但采用了螺旋扭绞的办法，让两条线接收 到的信号“尽量完全一样”，并采用平衡差分信号处理技术，把这 种完全一样的“共模信号”抑制掉。
电场占优：E∝1/r3、 H ∝1/r2
磁场占优： E∝1/r2、H ∝1/r3
Leabharlann Baidu
三、抑制电磁干扰的主要技术
消除或抑制噪声源
破坏干扰的耦合通道 消除接收电路对干扰的敏感性 采用软件抑制干扰
电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）噪声抑制
• • • •
屏蔽 接地 平衡 滤波
电场耦合--由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式,也称 容性耦合 磁场耦合--由于内部或外部空间电磁场感应的一种耦合方式, 也称电感性耦合或互感耦合 电磁辐射耦合--电磁场的辐射也会造成干扰耦合，是一种无 规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。另 当信号传输线较长时，它们能辐射干扰波和接收干扰波，称 为大线效应。
• • • •
隔离 阻抗大小控制 电缆设计 抵消技术
1、屏蔽：对两个空间区域之间进行金属的隔离，以控制电 场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。 ★静电屏蔽
A A B + A Q B
+ Q
+ Q
用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与 带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，如果将金属 屏蔽体接地，则外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带 正电导体的电场被屏蔽在金属屏蔽体内。
主要内容：
一、干扰噪声的认识（三要素） ★干扰源 ★耦合途径 ★接收器 二、电磁耦合干扰分析方法 三、抑制技术与措施
一、干扰噪声的认识 干扰源
• 干扰源：
耦合通道
敏感接收器
本征噪声源、人为噪声源、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）
电磁波波长: λ=波速V/频率f，波速 与传播介质有关；在空 气中大约3×108m/s， 1MHz信号的波长 300m， 1GHz， λ=0.3m. 近场和远场: 源、介质、距离 r=λ/2π为分界点
近场 感应场
远场 辐射场
• 波阻抗：Z=E/H，在远 场条件下，E/H大小等于 介质的特性阻抗，如空气 或自由空间 E/H=ZO=377Ω 近场条件下： 电场和磁场分别考 虑，高电压小电流 以电场为主；低电 压大电流以磁场为 主。
电子系统受到外部电磁干扰 电力线 雷电 天体电磁辐射 电台 电视台
交流供电电路 电动机
移动 通信 设备
电子设备的干扰对其它电路系统的影响
传导 噪声
电子系统内部不同电路单元之间相互影响的几种形式 电场耦合 磁场耦合 公共阻抗
耦合途径
• 传导耦合 • 公共阻抗耦合 • 电场耦合 • 磁场耦合 • 电磁辐射耦合
AB导线是50Hz的220V电源 线，分布电容C=2PF， Ri=10KΩ 1. u为单一频率f的干扰噪声
Vi有效值1.4mV
2. u为脉冲数字信号
du/dt=2V/μ s I≈C du/dt=4μ A， Vi=iR=40mV
Vi的功率谱密度函数
例. 电路中AB导线载有宽度噪声，其功率谱密度S（f）在 频率为0~10KHz范围内为10-6V2/Hz;在此范围外为零，在 C=2 pF，Ri=10 KΩ 的情况下，试求放大器输出端Vi的有 效值。
• 电源耦合
• 传导耦合：通过导体（导线）将噪声耦合进电路中。最典
型的例子是噪声通过电源线传入电路。
• 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。 共地阻抗耦合 共源阻抗耦合
• 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。