什么是電磁干擾(EMI)?
任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生都需要滿足以下三個(gè)基本條件:第一,應(yīng)該有一個(gè)干擾源;其次,存在著擾動(dòng)能傳播的方式與渠道;第三,也要有來自于被干擾目標(biāo)的反應(yīng)。在 EMC理論中,被干擾的對(duì)象被稱為敏感設(shè)備(或感應(yīng)器)。
EMI的定義
EMI是指雜亂的、無用的傳導(dǎo)和/或輻射的電信號(hào),會(huì)引起系統(tǒng)或裝置的性能退化。
從時(shí)間上看, EMI可分為瞬變、脈沖和穩(wěn)態(tài)三種。在頻域上,電磁干擾的頻譜成分可以從50赫茲的低頻到微波段;干擾信號(hào)有窄頻和寬頻、參量和非參量兩種。
端口分為以下5類:
①外殼端口;
②交流電源端口;
③直流電源端口;
④控制線/信號(hào)線端口;
⑤接地端口,即系統(tǒng)和地或參考地之間的連接。
從構(gòu)成EMI的三個(gè)因素可以看出,要使產(chǎn)品 EMC兼容,必須從以下三個(gè)方面進(jìn)行努力:抑制 EMI來源;斷開電磁干擾的耦合通道;增強(qiáng)對(duì)電磁環(huán)境的敏感性。
電磁干擾的傳播途徑
電磁干擾的傳播途徑包括傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。
在干擾源與敏感裝置之間,必須有一個(gè)完整的回路。該傳輸電路可包括導(dǎo)線,設(shè)備的導(dǎo)電部件,供電電源,公共阻抗,接地平面,電阻,電感,電容,和互感元件等。
輻射耦合指的是通過介質(zhì)以輻射電磁波的形式進(jìn)行傳播,干擾能量按照電磁波的規(guī)律向周圍空間釋放,常見的輻射耦合包括三種類型:①干擾源天線發(fā)射的電磁波被敏感設(shè)備天線意外地接收到,這就是天線對(duì)天線耦合。②由金屬絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的空間電磁場,叫做“場—線”耦合;③在兩條并聯(lián)導(dǎo)線間產(chǎn)生的高頻率信號(hào),叫做“線-線”感應(yīng)耦合。
導(dǎo)電耦合分為互導(dǎo)耦合和電感、電容耦合兩種。光束的輻射耦合可分為近、遠(yuǎn)兩個(gè)方向。
電磁干擾源分類
通常來講,EMI有天然的和人為的兩種干擾。自然干擾源主要是來自于大氣中的天電噪聲、地球外層空間中的宇宙噪聲,它們既是地球電磁環(huán)境的基本元素,也是干擾無線電通信和空間技術(shù)的干擾源。人為干擾源指的是由機(jī)電或其他人工設(shè)備產(chǎn)生電磁能量干擾,其中一部分是專門用來發(fā)射電磁能量的設(shè)備。
電磁干擾的幅度(電平)
干擾振幅可以以各種方式呈現(xiàn),除振幅分布(即概率,振幅是振幅出現(xiàn)的數(shù)量的百分?jǐn)?shù))之外,正弦波的(振幅分布)和“隨機(jī)的”也可以被用來描述。
電磁干擾的波形
電波的波形多種多樣,包括矩形波,三角波,余弦形波,高斯形波等。因?yàn)椴ㄐ螌?duì)頻帶有很大影響,所以設(shè)計(jì)者必須對(duì)波形進(jìn)行良好的控制。為維持時(shí)間的精確性或確保某些類型的精確運(yùn)動(dòng),有時(shí)會(huì)要求一個(gè)非常陡峭的波形。但是,上升的坡度愈大,占用的頻帶也愈大。
不同的波形所占的頻帶從寬到窄排列為:
文中給出了矩形波-鋸齒波-梯形波-三角波-次弦形波-高斯型波,并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式.
因此,要將擾動(dòng)降至最低限度,其中一種辦法就是讓所設(shè)計(jì)的脈沖波,在保證工作穩(wěn)定的前提下,盡量緩慢地上升。一般情況下,脈沖下方區(qū)域確定了頻譜的低頻率成分,而高頻率成分則取決于脈沖沿的陡峭程度。結(jié)果表明,高斯脈沖所占的波段最小。
EMI發(fā)生頻率
干擾訊號(hào)沿時(shí)程發(fā)生的規(guī)則,叫做發(fā)生速率。根據(jù)發(fā)生頻率,將電氣函數(shù)劃分為三類,即周期,非周期和隨機(jī)性。周期功能意味著在一個(gè)特定的時(shí)間段(被稱為一個(gè)周期)中可以反復(fù)發(fā)生;而非周期函數(shù)不具有重復(fù)性,也就是沒有周期,但是其發(fā)生具有一定的規(guī)律性和可預(yù)測性。而隨機(jī)函數(shù)是指以不可預(yù)知的形式發(fā)生變化,其性能特征也無規(guī)律性。在一個(gè)隨機(jī)函數(shù)的定義中,可以限制它的振幅和頻率成分,但是不能把它分析和描述成一個(gè)時(shí)態(tài)函數(shù)。
一般情況下,在擾動(dòng)問題中所涉及到的周期性的電壓、電流都是功能型的,都是為某些特殊用途而生成的,例如50赫茲電源、其諧波、或者是遙測信號(hào)等。很多不周期的電壓和電流也可以被用來做一些特殊的用途,比如命令脈沖。不過,這些雜亂無章的電壓和電流,都是沒有任何用處的副產(chǎn)品,或者像熱噪音這樣的天然產(chǎn)物。
工業(yè)路由器、工業(yè)網(wǎng)關(guān)和 DTU等一系列的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,都具有工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)外殼,電磁兼容性好,耐高溫(-35~75℃),耐高壓(5~35 V)。具有極高的防潮、防雷、防 EMI性能,保證了設(shè)備在嚴(yán)酷的工作環(huán)境中的穩(wěn)定性。