第7章电磁骚扰的传输途径.ppt

第7章 电磁骚扰的传输途径,骚扰源与敏感设备间的耦合途径,外界电磁骚扰进入电子设备并干扰其中的敏感电路的途径有：(1)电子设备的接收天线，以及具有天线效应的输入、输出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然的电磁波通道）；(2)经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系统，并以传导耦合的方式到达敏感器；(3)上述馈线、机壳和配电线在辐射来自外界或设备本身泄漏的电磁波，并由该设备的天线所接收。,第1节 共模骚扰和差模骚扰,电磁骚扰源对设备的干扰分为共模骚扰和差模骚扰,一、共模骚扰,共模骚扰表现为出现在每个信号线上的对地骚扰电压相等。,共模骚扰由信号线和地线之间的共模噪声电流引起。,共模电流本身不会对电路产生影响，只有当共模电流转换为差模电流，才会对电路产生影响。,共模电流大小近似相等方向相同,共模骚扰的产生,产生共模电流的原因,外界电磁场在所有信号线上感应出等幅同相的电压，该电压产生共模电流；电缆两端所接的地电位不同引起地电压差，该电压产生共模电流；信号线与地之间存在电位差，该电位差引起共模电流；静电感应。,二、差模干扰,差模干扰作用时，干扰电压差动地出现在两个信号线之间，与所加信号相同的方式存在于信号电路中。,差模电流和信号电流往返路径一致，很难消除。,差模电流大小相等，方向相反,产生差模电流的原因,外界电磁场在信号线和信号地线之间直接感应出差模电流；来自电网中其它设备的干扰电流，如感性负载的通断；共模电流转换为差模电流。,共模和差模电流的区分,电流钳工作原理和结构,三、共模干扰和差模干扰扰的转换,通常由于电路结构的不平衡，共模骚扰电流会转换为差模骚扰电流。,第2节 公共阻抗耦合,传导耦合是指干扰源的电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线、电阻、电容及电感而耦合至弱电系统。它又可分为公共阻抗耦合、电感性耦合和电容性耦合。,耦合电磁装置或系统与其它系统间的无意的相互作用和影响可以用“耦合”来描述。,一、公共阻抗耦合,公共阻抗耦合是由于骚扰源与受害者共用一个线路阻抗而产生的。共用电源线时称为共电源阻抗耦合，共用地线时称为共地阻抗耦合。,共电源阻抗耦合,当两个或多个电路共用地线时，将产生共地线阻抗耦合。一个电路的电流通过公共地线阻抗在另一个电路上出现干扰电压。,共地线阻抗耦合,公共阻抗耦合-地线问题,电路1,电路2,地电流1,地电流2,公共地阻抗,V,改进1,改进2,第3节 近场耦合,近场和远场区分：,电感性耦合和电容性耦合-导线之间的串扰,M,C,IC,IC,IL,IL,RS,RL,R2G,R2L,m,V,G,I,G,VS,1.容性耦合,容性耦合：导体上的交流电压产生电场，这个电场与临近的导体耦合，并在其上感应出电压。感应电压为：,式中，CC 是耦合电容，Zin 是敏感电路的对地阻抗。CC 的值与导体之间距离、有效面积以及有无电屏蔽材料有关。,容性耦合随导体间的距离增加而减小,近似公式,为两根平行导体之间的电容耦合及其等效电路,低频,高频,精确公式,电容性耦合的抑制措施,针对干扰源和被干扰对象减小干扰源的电压变化的幅度和速率被干扰对象具有低阻抗和高信噪比两个系统的结构尽量紧凑，在空间上彼此隔开针对减小电容耦合的措施导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线采用电屏蔽采用对称性结构（多芯导线相互绞合），抵消耦合的干扰信号,屏蔽层接地,屏蔽电缆减小容性耦合,对称性结构抑制电容性干扰,2、感性耦合,感性耦合：当一个回路的电流变化时会产生磁场，这个磁场将与临近的导体耦合，在其上感应出电压。感应电压的幅值与回路面积成正比。感应电压为：,式中，M为互感，取决于骚扰源和受害电路的环路面积、方向、距离，以及两者之间有无磁屏蔽。,互电感定义与计算,定义：自感L 1/I1，互感 M 12/I1,1 是电流I1在回路1中产生的磁通，12 是电流I1在回路2中产生的磁通,回路1,回路2,a,b,a,M=（/2）lnb2/（b2-a2）*l,M,RL2,Rs2,R1,R,R2,R1,I1,VN,I1,VN,V1,V1,两根平行导体之间的电感耦合及其等效电路,低频,高频,电感性耦合的抑制措施,针对干扰源和被干扰对象减小干扰源的电流变化的幅度和速率被干扰对象具高阻抗和高信噪比两个系统的结构尽量紧凑，在空间上彼此隔开针对减小电感耦合的措施导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线、减小电流回路所围成的面积采用磁屏蔽（使用屏蔽电缆）采用结构平衡措施（双绞线，磁场去耦合）,接收双绞线对磁场耦合的影响,屏蔽电缆减小感性耦合,屏蔽层两端不接地屏蔽层两端接地ffsh,3.感性-容性耦合模型,时域,频域,感性-容性频域耦合模型计算公式,耦合系数,磁场和电场耦合的等效电路之间的差异决定了电路负载电阻的变化引起的结果是不同的。电场耦合随RL增加而增大，而磁场耦合随RL增加而减小。磁场耦合对低阻抗电路的影响更大，而电场耦合对高阻抗电路影响更大。,结 论,第4节 辐射（远场）耦合,辐射耦合：当距离干扰源为远场强时，干扰以空间电磁波的形式耦合到受感器，这种传输方式称为辐射耦合。,一、差模辐射,电缆中两根靠近的导线传输差模(去和回)信号电流。辐射场可以耦合到这个系统，并在两根电线之间产生差模干扰；同样，差模电流自身产生辐射场。地参考面(可以是设备外部，也可以是设备的支撑结构)在耦合中不起作用。,差模电流辐射模型,有反射面存在时，上述预测公式为：,自由空间时，上述预测公式为：,差模电流辐射模型,应用条件：,差模辐射分析,根据发射限值设计最大环路面积环路电流的确定方法脉冲信号产生的辐射谐波电流频谱包络差模辐射频谱包络时钟频率与上升沿时间对最大辐射发射的影响,例题：F=6MHz，tr=4nS,A=10cm2,I=35mA,d=3m，Emax,差模发射幅度频谱,控制差模辐射的方法,减小差模电流的大小；减小电流信号的频率或电流的谐波分量；减小环路面积；利用去耦电容减小环路面积对于数字信号，尽量增大信号的上升沿时间。,二、共模辐射,共模电流可以由外部电磁场耦合到由电缆、地参考面和设备与地连接的各种阻抗形成的回路中，然后引起共模辐射。共模电流也可以由地参考点和电缆之间的噪声电压引起，然后产生辐射发射。,共模辐射可以用电短电流元天线来模拟。其辐射电场的大小与单极天线长度l、共模电流I和距离r有关，其近似预测公式(自由空间）为：,应用条件：,共模发射幅度频谱,共模辐射需考虑的频率范围共模辐射比差模辐射更难控制共模辐射决定着产品的整体发射性能减小共模辐射的主要方法是减小共模电流大多数减小差模辐射的方法也适用于减小共模辐射。,控制共模辐射的方法,减小电流减小地电压的大小提供足够大的共模阻抗与电缆串联减小导线的长度使用屏蔽电缆,三、辐射功率已知的点源,四、辐射耦合（远场）,远、近场的区分耦合模式接收回路简单耦合模型,条件：电小尺寸，忽略分布电感和分布电容,X,Y,Z,E,S,+,+,双线传输线耦合模型,