電磁騷擾的傳輸途徑PPT課件

1、外界電磁騷擾進入電子設備并干擾其中的敏感電路的途徑有：(1) 電子設備的接收天線，以及具有天線效應的輸入、輸出饋線和設備外殼（即開的孔、縫隙是天然的電磁波通道）；(2) 經有輸電線及其配電線進入電子設備的電源系統(tǒng)，并以傳導耦合的方式到達敏感器；(3) 上述饋線、機殼和配電線在輻射來自外界或設備本身泄漏的電磁波，并由該設備的天線所接收。第1頁/共54頁第第1 1節(jié)節(jié) 共模騷擾和差共模騷擾和差模騷擾模騷擾第2頁/共54頁電磁騷擾源對設備的干擾分為共模騷擾和差模騷擾第3頁/共54頁一、共模騷擾一、共模騷擾共模騷擾表現(xiàn)為出現(xiàn)在每個信號線上的對地騷擾電壓相等。共模騷擾由信號線和地線之間的共模噪聲電流引起

2、。共模電流本身不會對電路產生影響，只有當共模電流轉換為差模電流，才會對電路產生影響。共模電流大小近似相等方向相同第4頁/共54頁共模騷擾的產生VICMICMVICM第5頁/共54頁產生共模電流的原因產生共模電流的原因 外界電磁場在所有信號線上感應出等幅同相的電壓，該電壓產生共模電流；外界電磁場在所有信號線上感應出等幅同相的電壓，該電壓產生共模電流； 電纜兩端所接的地電位不同引起地電壓差，該電壓產生共模電流；電纜兩端所接的地電位不同引起地電壓差，該電壓產生共模電流； 信號線與地之間存在電位差，該電位差引起共模電流；信號線與地之間存在電位差，該電位差引起共模電流； 靜電感應。靜電感應。第6頁/共5

3、4頁二、差模干擾二、差模干擾差模干擾作用時，干擾電壓差動地出現(xiàn)在兩個信號線之間，與所加信號相同的方式存在于信號電路中。差模電流和信號電流往返路徑一致，很難消除。差模電流大小相等，方向相反第7頁/共54頁產生差模電流的原因產生差模電流的原因 外界電磁場在信號線和信號地線之間直接感應出差模電流；外界電磁場在信號線和信號地線之間直接感應出差模電流； 來自電網中其它設備的干擾電流，如感性負載的通斷；來自電網中其它設備的干擾電流，如感性負載的通斷； 共模電流轉換為差模電流。共模電流轉換為差模電流。第8頁/共54頁共模和差模電流的區(qū)分 21212121CCDCDCIIIIIIIIII電流鉗工作原理和結構第

4、9頁/共54頁三、共模干擾和差模干擾擾的轉換三、共模干擾和差模干擾擾的轉換通常由于電路結構的不平衡，共模騷擾電流會轉換為差模騷擾電流。21ZZ 第10頁/共54頁第第2 2節(jié)節(jié) 公共阻抗耦合公共阻抗耦合第11頁/共54頁傳導耦合是指干擾源的電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導線、電阻、電容及電感而耦合至弱電系統(tǒng)。它又可分為公共阻抗耦合、電感性耦合和電容性耦合。耦合電磁裝置或系統(tǒng)與其它系統(tǒng)間的無意的相互作用和影響可以用“耦合”來描述。第12頁/共54頁第13頁/共54頁一、公共阻抗耦合一、公共阻抗耦合公共阻抗耦合是由于騷擾源與受害者共用一個線路阻抗而產生的。共用電源線時稱為共電源阻抗耦合，共用地

5、線時稱為共地阻抗耦合。共電源阻抗耦合LjUUisAB第14頁/共54頁當兩個或多個電路共用地線時，將產生共地線阻抗耦合。一個電路的電流通過公共地線阻抗在另一個電路上出現(xiàn)干擾電壓。共地線阻抗耦合第15頁/共54頁公共阻抗耦合-地線問題電路1電路2地電流1地電流2公共地阻抗V改進1改進2第16頁/共54頁第17頁/共54頁第18頁/共54頁第第3 3節(jié)節(jié) 近場耦合近場耦合第19頁/共54頁近場和遠場區(qū)分：準則電小尺寸場源：2準則、工程應用：103222Dr 天線的輻射近場：第20頁/共54頁電感性耦合和電容性耦合-導線之間的串擾MCICICILILRSRLR2GR2LmVGIGVS第21頁/共54

6、頁1. 容性耦合容性耦合容性耦合：導體上的交流電壓產生電場，這個電場與臨近的導體耦合，并在其上感應出電壓。感應電壓為：式中，CC 是耦合電容，Zin 是敏感電路的對地阻抗。CC 的值與導體之間距離、有效面積以及有無電屏蔽材料有關。容性耦合隨導體間的距離增加而減小近似公式第22頁/共54頁為兩根平行導體之間的電容耦合及其等效電路低頻高頻1212122)C(1URCjRCjUG1122RUCjU112212222UCCCXXXUCmCC精確公式第23頁/共54頁電容性耦合的抑制措施 針對干擾源和被干擾對象 減小干擾源的電壓變化的幅度和速率 被干擾對象具有低阻抗和高信噪比 兩個系統(tǒng)的結構盡量緊湊，在

7、空間上彼此隔開 針對減小電容耦合的措施 導線盡量短、間隔盡量大、避免平行走線 采用電屏蔽 采用對稱性結構（多芯導線相互絞合），抵消耦合的干擾信號第24頁/共54頁GSRSGSRSGSRSFENEFENEGGSRSGSRSCAPFECAPNECCCCCCRRRRRVCRCjCRCjVV/1/0CAPFECAPNEVV屏蔽層接地屏蔽電纜減小容性耦合第25頁/共54頁對稱性結構抑制電容性干擾第26頁/共54頁2、感性耦合、感性耦合感性耦合：當一個回路的電流變化時會產生磁場，這個磁場將與臨近的導體耦合，在其上感應出電壓。感應電壓的幅值與回路面積成正比。感應電壓為：dtMdIVLN/式中，M為互感，取決

8、于騷擾源和受害電路的環(huán)路面積、方向、距離，以及兩者之間有無磁屏蔽。第27頁/共54頁互電感定義與計算定義： 自感L 1 / I1 ， 互感 M 12 / I1 1 是電流I1在回路1中產生的磁通， 12 是電流I1在回路2中產生的磁通回路1回路2aba M = （ / 2 ）lnb2/（b2- a2）*l第28頁/共54頁MRL2Rs2R1RR2R1I1VNI1VNV1V1兩根平行導體之間的電感耦合及其等效電路12222SLj MIIRRj L1222SLj MIIRR21MIIL低頻高頻dtdIMMIdtddtdVN1112)(1IMjVN第29頁/共54頁電感性耦合的抑制措施 針對干擾源和

9、被干擾對象 減小干擾源的電流變化的幅度和速率 被干擾對象具高阻抗和高信噪比 兩個系統(tǒng)的結構盡量緊湊，在空間上彼此隔開 針對減小電感耦合的措施 導線盡量短、間隔盡量大、避免平行走線、減小電流回路所圍成的面積 采用磁屏蔽（使用屏蔽電纜） 采用結構平衡措施（雙絞線，磁場去耦合）第30頁/共54頁接收雙絞線對磁場耦合的影響第31頁/共54頁屏蔽電纜減小感性耦合SHSHSHGGRNEFEFEINDFESHSHSHGGRNEFENEINDNESHRSGSGRLjRRILjRRRVLjRRILjRRRVLLLL屏蔽層兩端不接地屏蔽層兩端接地ffsh第32頁/共54頁GmILjGmVCjdtdILGmdtdV

10、CGm3. 感性-容性耦合模型時域頻域第33頁/共54頁感性-容性頻域耦合模型計算公式總耦合電容總互電感l(wèi)CClLLmm00GmFENEFENEGmFENEFEFEGmFENEFENEGmFENENENEVCjRRRRILjRRRVVCjRRRRILjRRRVSLSLGSLSGVRRRVVRRI1LSmLFENEFENECAPLSmFENEFEINDLSmLFENEFENECAPLSmFENENEINDRRCRRRRRMRRLRRRMRRCRRRRRMRRLRRRMFEFENENE耦合系數第34頁/共54頁 磁場和電場耦合的等效電路之間的差異決定了電路負載電阻的變化引起的結果是不同的。電場耦合

11、隨RL增加而增大，而磁場耦合隨RL增加而減小。 磁場耦合對低阻抗電路的影響更大，而電場耦合對高阻抗電路影響更大。結 論第35頁/共54頁第第4 4節(jié)節(jié) 輻射（遠場）耦合輻射（遠場）耦合第36頁/共54頁輻射耦合：當距離干擾源為遠場強時，干擾以空間電磁波的形式耦合到受感器，這種傳輸方式稱為輻射耦合。第37頁/共54頁一、差模輻射一、差模輻射電纜中兩根靠近的導線傳輸差模(去和回)信號電流。輻射場可以耦合到這個系統(tǒng)，并在兩根電線之間產生差模干擾；同樣，差模電流自身產生輻射場。地參考面(可以是設備外部，也可以是設備的支撐結構)在耦合中不起作用。第38頁/共54頁121212122222sin/2222

12、()()22.120 .2.sin()22120sin()120jkrjkrjkrssjkjkjkrjkrjkrIdlkEerILkILkEEEeerrILkILkeeeeerrILsEkrILsrAIr差模電流輻射模型第39頁/共54頁有反射面存在時，上述預測公式為：rIlsfE1)(10316. 1214rAIfE1)(10632. 2214自由空間時，上述預測公式為：差模電流輻射模型22120AIEr應用條件：14l第40頁/共54頁差模輻射分析1.根據發(fā)射限值設計最大環(huán)路面積2.環(huán)路電流的確定方法3.脈沖信號產生的輻射1.諧波電流頻譜包絡2.差模輻射頻譜包絡3.時鐘頻率與上升沿時間對最

13、大輻射發(fā)射的影響第41頁/共54頁0+10+20+30+40+50+60+70+116.9 36.7 39.3 36.5 13.435.639.3 37.4 326.4 37.7 39.2 35 19.436.939.3 36.3 530.7 38.5 38.9 33 27.337.939.2 34.7 733.4 39 38.4 30.1 31.238.638.8 32.6 935.339.337.625.433.83938.329.5例題： F=6MHz，tr=4nS,A=10cm2, I=35mA ,d=3m， EmaxTtnTtndndnIdIrrn/sinsin2第42頁/共54頁第

14、43頁/共54頁差模發(fā)射幅度頻譜第44頁/共54頁控制差模輻射的方法 減小差模電流的大小；減小差模電流的大??； 減小電流信號的頻率或電流的諧波分量；減小電流信號的頻率或電流的諧波分量； 減小環(huán)路面積減小環(huán)路面積； 利用去耦電容減小環(huán)路面積利用去耦電容減小環(huán)路面積 對于數字信號，盡量增大信號的上升沿時間。對于數字信號，盡量增大信號的上升沿時間。第45頁/共54頁二、共模輻射二、共模輻射 共模電流可以由外部電磁場耦合到由電纜、地參考面和設備與地連接的各種阻抗形成的回路中，然后引起共模輻射。 共模電流也可以由地參考點和電纜之間的噪聲電壓引起，然后產生輻射發(fā)射。第46頁/共54頁共模輻射可以用電短電流元天線來模擬。其輻射電場的大小與單極天線長度l、共模電流I和距離r有關，其近似預測公式(自由空間）為：60sinCIlEr應用條件：14l71210 ()sinEfIlr第47頁/共54頁共模發(fā)射幅度頻譜第48頁/共54頁v共模輻射需考慮的頻率范圍v共模輻射比差模輻射更難控制v共模輻射決定著產品的整體發(fā)射性能v減小共模輻射的主要方法是減小共模電流v大多數減小差模輻射的方法也適用于減小共模輻射。第49頁/共54頁控制共模輻射的方法減小電流減小電流減小地電壓的大小減小地電壓的大小提供足夠大