如何减少电子系统的电磁干扰

发布时间：2021-01-05 热度：

　　电磁干扰（EMI），又称“电噪声”，是在各种电路中*常见的问题之一。任何带有快速变化电流的电路都容易通过杂散电磁场产生电磁（EM）干扰。

　　什么是电噪声？

　　电噪声是系统受杂散电磁场影响时发生的现象。这些磁场通常源自相关元件中的电流和电压变化，并且可以通过辐射或通过与导体的物理接触进行传输。电噪声给电子和电气装置带来一些挑战，这些挑战可能损害其功能并对内部部件甚至整个装置造成损坏。因此，有必要尽量减少其影响，以确保系统按预期运行。

　　为了产生噪声，必须存在以下三个方面：电磁辐射源——产生EMI的元件或系统；传播途径——EMI可以通过辐射或物理接触传播；接收介质——受到干扰的电路。随着电子设备变得越来越复杂和小型化，集成到PCB中的元件数量正在增加。这些元件中的一些通常在运行过程中会发射EM能量。此外，没有噪声过滤系统的电力系统可能会受到EM噪声的有害影响。*常见的EMI问题是射频（RF）噪声、电源线噪声和静电放电（ESD）。

　　电力线干扰与高压装置有关。在高电压下，当导体的高电场强度未被适当过滤时，电源线将发出可听见的噪声。这种声音是由“电晕放电”引起的：这种现象产生可见光，可以在裸导体附近观察到。静电放电（ESD）在静电荷转移到电气系统时会产生电磁干扰。它可能导致元件损坏或降低信号质量。由诸如发射器、LED灯、双向和放大器之类的电子元件产生的RF噪声也产生可能损害无线电/数据传输中的信号完整性的EM波。

　　减少电磁干扰的技术

　　我们现在将讨论一些在电子电路中减少EMI的实践。工程师可以考虑在他们的PCB设计中使用以下技术。

　　适当的布局或元件布置

　　元件在PCB上的排列方式会影响将产生的电磁能的数量。设计PCB元件布局的实践涉及以下内容：模拟和数字电路的分离，以防止信号传输过程中的串扰；信号电缆与电源线分离，以保持信号完整性；高速走线与走线布局中的低速走线分开；返回路径尽可能短。

　　EMI屏蔽

　　在电子电路中，*有效的方法之一就是使用EMI屏蔽。常见的屏蔽装置是法拉第笼：由合适厚度的导电材料制成的外壳，其有助于阻止RF波的通过。所用元件的屏蔽效能与材料的导电率成正比。因此，工程师必须使用低电阻的高导电率材料，以显着减弱EM辐射。

　　EMI滤波

　　EMI滤波器是用于衰减电力系统和电子电路中产生噪声的装置。滤波允许低频信号通过，同时阻塞导致电子干扰的高频信号。例如，包含电感器和电容器的EMI滤波器可以将直流电机中产生的噪声降到。

　　PCB上的无源元件。图片由Pixabay提供。

　　正确接地

　　在电路设计中，确保正确的接地对减少电磁干扰至关重要。在PCB中，接地层为电源接地端子提供0伏线路。通常，接地平面的横截面积越大，整个电路板的EMI就越有效。工程师可以采用以下接地技术来限度地减少PCB中的EMI：在地平面太小的地方使用多层电路板；将地平面分成模拟和数字部分，以防止噪声耦合；在地平面中集成去耦电容，以限度地减小回流路径；不会造成太多的接地连接，从而在电路板上辐射更多的EMI。

　　差分对布线

　　适当的差分对布线可帮助设计人员在高速电路中限度地减少噪声并保持信号完整性。该技术用于设计平衡传输系统，在提高信噪比的同时，防止共模噪声和信号丢失。创建差分对的一些实践包括：在差分对布线时，导电迹线应保持相互平行；差分对应有足够的间隙以防止EM感应；在差分对布线时，应避免急转弯，因为它们往往会产生EMI。如果需要曲线，则应使其平滑并偏离不超过45°；差分对的走线长度应均匀匹配或保持在允许的失配容差范围内。广泛不匹配的长度会产生EM辐射，从而对信号完整性产生负面影响。