《电磁兼容原理及应用教程》第三章解读.ppt

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1、第第3 3章章 电磁环境及电磁环境及 电磁污染途径电磁污染途径 3.1 3.1 自然电磁环境自然电磁环境 根据电磁波产生的机理不同，我们一般将电磁根据电磁波产生的机理不同，我们一般将电磁干扰划分为自然电磁干扰和人为电磁干扰两种。干扰划分为自然电磁干扰和人为电磁干扰两种。非人为因素产生的电磁波，构成了电磁环境的一非人为因素产生的电磁波，构成了电磁环境的一部分，我们把这部分电磁波所形成的电磁环境称部分，我们把这部分电磁波所形成的电磁环境称为自然电磁环境。在自然电磁环境中，静电、雷为自然电磁环境。在自然电磁环境中，静电、雷电和自然辐射是电和自然辐射是3 3种最重要的电磁干扰。种最重要的电磁干扰。3.

2、1.1 静电 l l静电的形成 如下图所示，绕原子A的原子核旋转的电子，在外力的作用下，离开原来的原子A而侵入其他的原子B。A原子因缺少电子数而呈带正电现象，称为阳离子，B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。当外力持续作用时，阳离子和阴离子的分布会变得越来越不均匀，对外将表现为带电现象。当两个不同的物体相互接触时，就会使得一当两个不同的物体相互接触时，就会使得一个物体失去一些电子个物体失去一些电子(如电子转移到另一个物体如电子转移到另一个物体)而带正电，另一个得到一些剩余电子的物体则带而带正电，另一个得到一些剩余电子的物体则带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就负电。若在分离的过

3、程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。会积累使物体带上静电。潮湿的空气也是正负电荷中和的路径。人体是潮湿的空气也是正负电荷中和的路径。人体是良好的静电载体，能够通过摩擦起电充电到几千良好的静电载体，能够通过摩擦起电充电到几千伏。通过人的活动，这些不受欢迎的静电荷就会伏。通过人的活动，这些不受欢迎的静电荷就会被带到一些敏感区域晃来晃去。这些大量的静电被带到一些敏感区域晃来晃去。这些大量的静电一旦找到合适的放电路径，就会产生放电现象。一旦找到合适的放电路径，就会产生放电现象。l l静电的放电与人体放电模型 当人体接近导电物体时当人体接近导电物体时(最坏的情况是接触到一最坏的情况是接触到一个

4、金属物体，例如仪器外壳、集成电路的管脚等个金属物体，例如仪器外壳、集成电路的管脚等)，如果空气气隙上的电位梯度足够高，电荷会以，如果空气气隙上的电位梯度足够高，电荷会以火花的形式转移到那个物体上。火花的形式转移到那个物体上。下图给出了人体静电放电的等效电路。下图给出了人体静电放电的等效电路。图中：图中：CRCR人体和大地之间的电容。人体和大地之间的电容。RRRR人体的电阻。人体的电阻。LRLR人体的电感。人体的电感。CSCS人手臂与大地之间的电容。人手臂与大地之间的电容。Co1人手臂与金属体之间的电容。RS人手臂放电路径的电阻。LS人手臂放电路径的电感。Co2人手、手指与金属体之间的电容。CJ

5、金属体与大地之间的电容。RJ金属体的接地电阻。LJ金属体的接地电感。人体静电放电的过程受很多因素影响，具体的人体静电放电的过程受很多因素影响，具体的放电过程也因各种分布参数的不同而不同。典型放电过程也因各种分布参数的不同而不同。典型的人体静电放电电流波形如下图所示。的人体静电放电电流波形如下图所示。在这个波形中，低频成分转移的电荷比高频成在这个波形中，低频成分转移的电荷比高频成分多，但是高频成分会产生更强的场，对电路的分多，但是高频成分会产生更强的场，对电路的危害也最为明显。由实验得出的各个参数的范围危害也最为明显。由实验得出的各个参数的范围如下：如下：TrTr(上升时间上升时间)=200ps

6、100ns)=200ps100ns Ts(Ts(尖峰宽度尖峰宽度)=0.5ns10s)=0.5ns10s TtTt(持续长度持续长度)=100ns2ms)=100ns2ms 静电放电过程的不同不仅表现在电流波形在时静电放电过程的不同不仅表现在电流波形在时间特性上差异很大，而且幅度也会在间特性上差异很大，而且幅度也会在1A200A1A200A范围范围内变化。内变化。正是由于不同条件下静电放电的特性差异很大，正是由于不同条件下静电放电的特性差异很大，所以电子设备对静电放电的响应很难预测。所幸所以电子设备对静电放电的响应很难预测。所幸的是，我们可以用统计的方法来处理这个问题。的是，我们可以用统计的方

7、法来处理这个问题。一定要记住的一个事实是，静电放电时产生的能一定要记住的一个事实是，静电放电时产生的能量很大，频率很高量很大，频率很高(有时高达有时高达5GHz)5GHz)。l l静电的危害 静电场的强度取决于充电物体上的电荷数量和与静电场的强度取决于充电物体上的电荷数量和与它的电荷量不同的物体之间的距离。人体上的最它的电荷量不同的物体之间的距离。人体上的最高电压应该是高电压应该是20kV20kV左右。左右。如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏，超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏，这是这是MOSM

8、OS器件出现故障最主要的原因。器件出现故障最主要的原因。另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点点(1415)(1415)时所引起的。静电放电脉冲的能量可时所引起的。静电放电脉冲的能量可以产生局部发热，使半导体局部熔断损坏。以产生局部发热，使半导体局部熔断损坏。器件受到静电放电的影响后，也可能不立即出器件受到静电放电的影响后，也可能不立即出现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常被称为被称为“跛脚跛脚”，一旦加以使用，将会对以后发，一旦加以使用，将会对以后发生的静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。生的

9、静电放电或传导性瞬态表现出更大的敏感性。整体的性能表现为电子设备的性能越来越差，直整体的性能表现为电子设备的性能越来越差，直至完全损坏。至完全损坏。相对于自然界的静电来说，电子器件是非常娇贵相对于自然界的静电来说，电子器件是非常娇贵的，正是基于这一因素，是否采取了防静电措施的，正是基于这一因素，是否采取了防静电措施是衡量电子器件质量好坏的一个非常重要的指标。是衡量电子器件质量好坏的一个非常重要的指标。设备漏电，尤其是不会对人造成触电伤害的微弱设备漏电，尤其是不会对人造成触电伤害的微弱漏电虽然不属于静电放电现象，但其性能却与静漏电虽然不属于静电放电现象，但其性能却与静电放电类似。所以一般将设备漏

10、电也纳入静电防电放电类似。所以一般将设备漏电也纳入静电防护体系中来考虑。护体系中来考虑。静电放电静电放电(ESD)(ESD)及电气过载及电气过载(EOS)(EOS)对电子元器件造对电子元器件造成损害的主要机理有：热二次击穿、金属镀层熔成损害的主要机理有：热二次击穿、金属镀层熔融、介质击穿、气弧放电、表面击穿和体击穿等。融、介质击穿、气弧放电、表面击穿和体击穿等。3.1.2 雷电l l雷电的形成 人们通常把发生闪电的云称为雷雨云，其实有几人们通常把发生闪电的云称为雷雨云，其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云和种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云和积雨云，最重要的是积雨云，一般专业

11、书中讲的积雨云，最重要的是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。积雨云形成过程中，在大雷雨云就是指积雨云。积雨云形成过程中，在大气电场、温差起电效应和破碎起电效应的同时作气电场、温差起电效应和破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的雷电。之间发生放电，也就是人们平常所说的雷电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达的空气瞬间被烧得灼热，温

12、度高达600060002000020000，所以发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪道上，所以发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。形成了雷声。l l雷击通常有雷击通常有3 3种形式：直击雷、感应雷和球形雷。种形式：直击雷、感应雷和球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象。猛的放电现象。感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，感应雷是当直击雷发生以后，云层

13、带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应，发生高电压而发的导线或金属物产生电磁感应，发生高电压而发生闪击现象的二次雷。生闪击现象的二次雷。球形雷比较多见于山区，其登堂入室的报道常见球形雷比较多见于山区，其登堂入室的报道常见于报端。于报端。l l雷电的破坏作用 雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难。雷电具有以下几个特点：灾难。雷电具有以下几个特点：冲击电流非常大，其电流高达几

14、万至几十万安培。冲击电流非常大，其电流高达几万至几十万安培。持续时间短，一般雷击分为持续时间短，一般雷击分为3 3个阶段，即先导放电、个阶段，即先导放电、主放电和余光放电，整个过程一般不会超过主放电和余光放电，整个过程一般不会超过6060 s s。雷电流变化梯度大，有的可达雷电流变化梯度大，有的可达10KA/10KA/s s。冲击电压高，强大的电流产生交变磁场，其感应冲击电压高，强大的电流产生交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。电压可高达上亿伏。雷电危害可分成直击雷、感应雷和浪涌雷电危害可分成直击雷、感应雷和浪涌3 3种。种。在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物在雷暴活动区域内，雷云直接通

15、过人体、建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称为直接或设备等对地放电所产生的电击现象，称为直接雷击。雷击。感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。坏性。n n感应雷主要有两种：静电感应雷和电磁感应雷。感应雷主要

16、有两种：静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场场E E将会在架空明线上感生出被电场束缚的正电荷。将会在架空明线上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对云间放电时，云层中的负电当雷云对地放电或对云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了荷在一瞬间消失了(严格说是大大减弱严格说是大大减弱)，于是在，于是在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，从而对电器设备产将沿着线路产

17、生大电流冲击，从而对电器设备产生不同程度的影响。生不同程度的影响。电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上场的能量将感应于线路并最终作用到设备上(由于由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了加了)，对用电设备造成极大危害。，对用电设备造成极大危害。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，最常见

18、的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通信线路中感应的而是由于雷击发生时在电源和通信线路中感应的电流浪涌引起的。浪涌电压可以从电源线或信号电流浪涌引起的。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别介线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别介绍如下：绍如下：(1)电源浪涌 电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌。电网路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌。电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距离几百公里的远方发

19、生了雷击时，都很高。当距离几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压持续到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压持续很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害。的损害。(2)信号系统浪涌 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电如电话线

20、话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。除这些干扰将会改善网络的传输状况。l l常见防雷产品 现代防雷产品种类繁多，大致可分为现代防雷产品种类繁多，大致可分为4 4大类：大类：(1)(1)接闪器接闪器 避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一

21、致的。(2)(2)低压电源避雷器低压电源避雷器 信息产业部的分析统计表明：通信站信息产业部的分析统计表明：通信站80%80%的雷击的雷击事故是由雷电波侵入电源线造成的。因此，低压事故是由雷电波侵入电源线造成的。因此，低压交流避雷器发展非常迅速，而以交流避雷器发展非常迅速，而以MOVMOV材料为主的避材料为主的避雷器在市场上占有统治地位。雷器在市场上占有统治地位。(3)(3)通信线路避雷器通信线路避雷器 通信线路避雷器的技术要求较高，因为除了满通信线路避雷器的技术要求较高，因为除了满足防雷技术要求外，还须保证传输指标要求。加足防雷技术要求外，还须保证传输指标要求。加上与通信线路相连的设备耐压很低

22、，对防雷器件上与通信线路相连的设备耐压很低，对防雷器件的残压要求严格，因此在选择防雷器件时较困难的残压要求严格，因此在选择防雷器件时较困难 。(4)(4)接地装置接地装置 接地是防雷的基础，标准规定的接地方法是采接地是防雷的基础，标准规定的接地方法是采用金属型材铺设水平或垂直地极，在腐蚀强烈的用金属型材铺设水平或垂直地极，在腐蚀强烈的地区可以采用镀锌和加大金属型材的截面积的方地区可以采用镀锌和加大金属型材的截面积的方法抗腐蚀，也可以采用非金属导体做地极，如石法抗腐蚀，也可以采用非金属导体做地极，如石墨地极和硅酸盐水泥地极。更合理的方法是利用墨地极和硅酸盐水泥地极。更合理的方法是利用现代建筑的基

23、础钢筋做地极，有事半功倍之效。现代建筑的基础钢筋做地极，有事半功倍之效。3.1.3 自然辐射l l自然辐射干扰源的种类非常多，主要有电子噪声、自然辐射干扰源的种类非常多，主要有电子噪声、大地表面磁场、大地磁层、大地表面的电场、大大地表面磁场、大地磁层、大地表面的电场、大地内部的电场、大气中的电流电场、闪电和雷暴地内部的电场、大气中的电流电场、闪电和雷暴的电场、太阳无线电辐射和银河系无线电辐射等。的电场、太阳无线电辐射和银河系无线电辐射等。电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接收机噪声系数的重要因素。常见的电子噪声源包收机噪声系数的重要因素。常见的电

24、子噪声源包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、括热噪声、散弹噪声、分配噪声、l/fl/f噪声和天线噪声和天线噪声等。热噪声具有极宽的频谱，能量随温度而噪声等。热噪声具有极宽的频谱，能量随温度而变化，温度越低，噪声越小。变化，温度越低，噪声越小。电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接收机噪声系数的重要因素。常见的电子噪声源包收机噪声系数的重要因素。常见的电子噪声源包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、括热噪声、散弹噪声、分配噪声、l/fl/f噪声和天线噪声和天线噪声等。噪声等。在地球表面存在着地磁场，它是一种自然场。只在地球表面存在着地磁场，它是一种自然场。只要

25、拿一枚小小的磁针就能观察到它的存在。根据要拿一枚小小的磁针就能观察到它的存在。根据观测已知，地磁场的场强分布基本上是轴对称的，观测已知，地磁场的场强分布基本上是轴对称的，磁轴和地轴不重合，它们之间偏移一个角度，称磁轴和地轴不重合，它们之间偏移一个角度，称为磁偏角。为磁偏角。在海拔高度在海拔高度500km500km处存在着大气电离层。由此人们处存在着大气电离层。由此人们可以设想地球和这个电离层组成一个巨大的球形可以设想地球和这个电离层组成一个巨大的球形电容器。电容器。大气中的电荷在电场作用下沿电场方向移动，形大气中的电荷在电场作用下沿电场方向移动，形成一个恒定的电流流入大地，从而把正电荷输送成一

26、个恒定的电流流入大地，从而把正电荷输送到大地上。对整个地球来说可产生到大地上。对整个地球来说可产生1.5kA1.5kA数量级的数量级的电流，因此地球很像一个巨大的发电机。电流，因此地球很像一个巨大的发电机。宇宙噪声主要来自太阳辐射和银河系无线电辐射。宇宙噪声主要来自太阳辐射和银河系无线电辐射。太阳辐射可分为热辐射和非热辐射两类，热辐射太阳辐射可分为热辐射和非热辐射两类，热辐射频谱从十几兆赫到频谱从十几兆赫到30GHz30GHz，在太阳黑子剧烈活动期，在太阳黑子剧烈活动期的辐射强度比静止期大的辐射强度比静止期大60dB60dB。银河系无线电辐射。银河系无线电辐射频率在频率在150MHz150MH

27、z200MHz200MHz频段内。因此宇宙噪声在频段内。因此宇宙噪声在20MHz20MHz500MHz500MHz频率范围内影响相当明显。频率范围内影响相当明显。由太阳飞出的带电粒子的辐射，不管是对地球由太阳飞出的带电粒子的辐射，不管是对地球上受太阳光照亮的半球，还是对黑暗的半球，即上受太阳光照亮的半球，还是对黑暗的半球，即不管是在白天还是在黑夜，都能引起磁场的变化。不管是在白天还是在黑夜，都能引起磁场的变化。由太阳飞出的带电粒子引起磁场的改变就是地球由太阳飞出的带电粒子引起磁场的改变就是地球上的磁暴。上的磁暴。3.2 3.2 人工电磁干扰人工电磁干扰3.2.1 辐射干扰源l l辐射干扰是指以

28、电磁波形式传播的干扰。这类干辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类干扰的能量是由干扰源辐射出来，通过介质扰的能量是由干扰源辐射出来，通过介质(包括自包括自由空间由空间)以电磁波的特性和规律传播的。以电磁波的特性和规律传播的。构成辐射干扰源有两个条件：构成辐射干扰源有两个条件：一个是有产生电磁波的源泉；一个是有产生电磁波的源泉；另一个是能把这个电磁波能量辐射出去。另一个是能把这个电磁波能量辐射出去。电磁辐射场区一般分为远区场和近区场。以场源电磁辐射场区一般分为远区场和近区场。以场源为中心，在一个波长范围内的区域，通常称为近为中心，在一个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；半径为一

29、个波长之外的区场，也可称为感应场；半径为一个波长之外的空间范围称为远区场，又称为辐射场。通常，对空间范围称为远区场，又称为辐射场。通常，对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说，近区场辐射的电磁场强度较大，所以，我们说，近区场辐射的电磁场强度较大，所以，我们应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。应该格外注意对电磁辐射近区场的防护。常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、非线性器件和核爆脉冲等。非线性器件和核爆脉冲等。发送设备发送设备 发送设备通过发送天线辐射出去，有时通过编织发送设备通过发送天线辐射出

30、去，有时通过编织屏蔽层和通风管道辐射出去，通过连接电缆向外屏蔽层和通风管道辐射出去，通过连接电缆向外辐射。辐射。本地振荡器本地振荡器 在多数设备中，主要的发射源是印制电路板在多数设备中，主要的发射源是印制电路板(PCB)(PCB)上电路上电路(时钟、视频和数据驱动器，及其他时钟、视频和数据驱动器，及其他振荡器振荡器)中流动的电流。中流动的电流。设备功能非线性产生的辐射设备功能非线性产生的辐射 所谓设备功能非线性所产生的辐射干扰，指的所谓设备功能非线性所产生的辐射干扰，指的是电路中器件工作在非线性状态时所产生的干扰。是电路中器件工作在非线性状态时所产生的干扰。核电磁脉冲辐射核电磁脉冲辐射 核电磁

31、脉冲辐射是能量很大的一种特殊的辐射干核电磁脉冲辐射是能量很大的一种特殊的辐射干扰源。爆炸核武器时，核辐射与周围环境相互作扰源。爆炸核武器时，核辐射与周围环境相互作用，使带电粒子强烈运动，由此产生核电磁脉冲。用，使带电粒子强烈运动，由此产生核电磁脉冲。电弧辐射电弧辐射 当开关、继电器触点开启和闭合时，触点间会产当开关、继电器触点开启和闭合时，触点间会产生电弧。特别是在驱动电感负载时，这种现象更生电弧。特别是在驱动电感负载时，这种现象更为明显。为明显。3.2.2 传导干扰源 传导干扰指通过导体传播的干扰。传导干扰与传导干扰指通过导体传播的干扰。传导干扰与辐射干扰的界限并不是非常明显，除频率非常低辐

32、射干扰的界限并不是非常明显，除频率非常低的干扰信号外，许多干扰信号的传播可以通过导的干扰信号外，许多干扰信号的传播可以通过导体和空间混合传输。在某些场合，干扰信号先以体和空间混合传输。在某些场合，干扰信号先以传导的形式，通过导体将能量转移到新的空间，传导的形式，通过导体将能量转移到新的空间，再向空中辐射。而在另一些场合，干扰信号先在再向空中辐射。而在另一些场合，干扰信号先在空中传播，在其传播的过程中遇到导体，就会在空中传播，在其传播的过程中遇到导体，就会在导体中感应出干扰信号，变成传导干扰，沿导体导体中感应出干扰信号，变成传导干扰，沿导体继续传播。继续传播。1.1.传导干扰源传导干扰源 传导干

33、扰源按带不带信息可以分为信息传导干传导干扰源按带不带信息可以分为信息传导干扰源与电磁噪声传导干扰源两类。信息传导干扰扰源与电磁噪声传导干扰源两类。信息传导干扰源指的是带有信息的无用信号对电子设备产生的源指的是带有信息的无用信号对电子设备产生的干扰。电磁噪声传导干扰源指的是不带任何信息干扰。电磁噪声传导干扰源指的是不带任何信息的电磁噪声对电子设备的干扰。的电磁噪声对电子设备的干扰。下页表是常见的信息传导干扰源及产生这种干下页表是常见的信息传导干扰源及产生这种干扰的原因。扰的原因。表3.8是常见的电磁噪声传导干扰源及产生这种干扰的原因。下表是常见的电磁噪声传导干扰源及产生这种干扰的原因。2.2.传

34、导干扰源的频谱传导干扰源的频谱 任何种类的干扰都与干扰源的功率、频率有关。任何种类的干扰都与干扰源的功率、频率有关。下表是常见传导干扰源的干扰频谱。测量表明，下表是常见传导干扰源的干扰频谱。测量表明，传导频谱由最低可测的频率到传导频谱由最低可测的频率到1GHz1GHz以上的频谱。以上的频谱。通常情况下，传导干扰的频率最高为几十兆赫以通常情况下，传导干扰的频率最高为几十兆赫以下，这是因为当频率升高时，由于导体损耗以及下，这是因为当频率升高时，由于导体损耗以及布线电感和分布电容的作用，使传导电流大大衰布线电感和分布电容的作用，使传导电流大大衰减。减。目前，对电子设备影响最大的传导干扰要数通过供电线

35、目前，对电子设备影响最大的传导干扰要数通过供电线路传导的干扰。这些干扰源通过电网可以将干扰信号传路传导的干扰。这些干扰源通过电网可以将干扰信号传播到非常广的范围。播到非常广的范围。3.3 3.3 电磁干扰三要素电磁干扰三要素 理论和实验的研究表明，不管复杂系统还是简理论和实验的研究表明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备3 3个基个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径能量的途径(或通道或通道)；第三还必须有敏感器件。；第三还必须有敏感器件。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为

36、敏感设在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备备(或敏感器或敏感器)。因此干扰源、干扰传播途径。因此干扰源、干扰传播途径(或传或传输通道输通道)和敏感设备称为电磁干扰的三要素。和敏感设备称为电磁干扰的三要素。下页图为电磁干扰三要素的示意图。下页图为电磁干扰三要素的示意图。关于电磁干扰的传播途径一般分成两种方式，关于电磁干扰的传播途径一般分成两种方式，即传导耦合方式和辐射耦合方式。敏感设备是被即传导耦合方式和辐射耦合方式。敏感设备是被干扰对象的总称，它可以是一个很小的元件或者干扰对象的总称，它可以是一个很小的元件或者一个电路板组件，也可以是一个单独的用电设备，一个电路板组件，也可以是一个单独

37、的用电设备，甚至可以是一个大系统。甚至可以是一个大系统。3.3.1 敏感设备的敏感度度量 由于敏感设备是以不同电路原理、不同结构和由于敏感设备是以不同电路原理、不同结构和不同元器件构成的具体用电设备，它们受同一电不同元器件构成的具体用电设备，它们受同一电磁干扰作用的响应程度差别很大，通常用敏感度磁干扰作用的响应程度差别很大，通常用敏感度来描述敏感设备对电磁干扰响应的程度。敏感度来描述敏感设备对电磁干扰响应的程度。敏感度越高，表示对干扰作用响应的可能性越大，也可越高，表示对干扰作用响应的可能性越大，也可以说表明该设备抗电磁干扰的能力越差。不同敏以说表明该设备抗电磁干扰的能力越差。不同敏感设备的敏

38、感度值需要根据具体情况加以分析和感设备的敏感度值需要根据具体情况加以分析和实际测定。实际测定。l l模拟电路系统敏感度分析 对于模拟电路系统，敏感度表示为对于模拟电路系统，敏感度表示为 式中，式中，S Sv v为以电压表示的模拟电路敏感度；为以电压表示的模拟电路敏感度；N Nv v为热噪声电压；为热噪声电压；B B为电路的频带宽度；为电路的频带宽度；K K为与干扰有关的比例系数。为与干扰有关的比例系数。模拟电路的敏感度经常用分贝模拟电路的敏感度经常用分贝(dB)(dB)表示表示S SdBVdBV，其，其计算公式如下：计算公式如下：其中，其中，G GdBVdBV是用分贝表示的设备灵敏度，一般灵是

39、用分贝表示的设备灵敏度，一般灵敏度值比较小，多为毫伏级或微伏级数值。敏度值比较小，多为毫伏级或微伏级数值。l l数字电路系统敏感度分析 对于数字电路系统，敏感度表示为：对于数字电路系统，敏感度表示为：式中，式中，S Sd d为数字电路敏感度；为数字电路敏感度；B B为电路的频带宽度；为电路的频带宽度；N Ndldl为数字电路的最小触发电平。为数字电路的最小触发电平。一般数字电路的最小触发电平一般数字电路的最小触发电平N Ndldl远比模拟电路远比模拟电路的噪声电平要大得多，因此数字电路比模拟电路的噪声电平要大得多，因此数字电路比模拟电路的敏感度值要小得多，说明数字电路有较强的抗的敏感度值要小得

40、多，说明数字电路有较强的抗干扰能力。干扰能力。数字电路的敏感度也常以分贝数字电路的敏感度也常以分贝(dB)(dB)表示，上式表示，上式写为：写为：电子设备的敏感度可以在很大范围内变化，大电子设备的敏感度可以在很大范围内变化，大致的数量概念在致的数量概念在80dB80dB230dB230dB之间为多数之间为多数。一般将一般将80dB80dB230dB230dB的敏感度分成的敏感度分成7 7类，类，小于小于80dB80dB为极不敏感类，为极不敏感类，80dB80dB110dB110dB为较不敏感类，为较不敏感类，110dB110dB140dB140dB为稍敏感类，为稍敏感类，140dB140dBl

41、70dBl70dB为中等敏感类，为中等敏感类，170dB170dB200dB200dB为敏感类，为敏感类，200dB200dB230dB230dB为非常敏感类，为非常敏感类，大于大于230dB230dB为极敏感类。为极敏感类。3.3.2 传播干扰能量的途径 在实际中，存在两类传播干扰能量的途径：系在实际中，存在两类传播干扰能量的途径：系统内部耦合和设备间的外部耦合。无论是系统内统内部耦合和设备间的外部耦合。无论是系统内部耦合还是设备间的外部耦合，均存在以下几种部耦合还是设备间的外部耦合，均存在以下几种耦合方式。干扰源就是通过这些能量耦合方式将耦合方式。干扰源就是通过这些能量耦合方式将干扰施加于

42、敏感设备。干扰施加于敏感设备。l l直接耦合方式 电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线直接传导到被干扰电路中而造成对电路的干扰。直接传导到被干扰电路中而造成对电路的干扰。这些导线可以是设备之间的信号连线、电路之间这些导线可以是设备之间的信号连线、电路之间的连接导线的连接导线(如地线和电源线如地线和电源线)以及供电电源与负以及供电电源与负载之间的供电线等。这些导线在传递有用信号能载之间的供电线等。这些导线在传递有用信号能量的同时，也将干扰信号传递给对方。量的同时，也将干扰信号传递给对方。下图为直接耦合的示意图。下图为直接耦合的示意图。其中：其中：R R

43、s s为干扰源的内阻；为干扰源的内阻；U Us s为干扰源信号的干扰电压；为干扰源信号的干扰电压；R Rz z为连接导线的等效电阻，该电为连接导线的等效电阻，该电阻随着干阻随着干 扰信号的频谱的改变而改变；扰信号的频谱的改变而改变；R RL L为敏感部件的等效负载电阻，为敏感部件的等效负载电阻，该电阻也该电阻也 随着干扰信号的频谱的改变而改随着干扰信号的频谱的改变而改变。变。R Rz z和和R RL L随着干扰信号的频谱的改变而改变的主随着干扰信号的频谱的改变而改变的主要原因是：当干扰信号的频率升高时，导线的趋要原因是：当干扰信号的频率升高时，导线的趋肤效应将越来越明显，导线的等效横截面积越来

44、肤效应将越来越明显，导线的等效横截面积越来越小，等效的交流电阻也越来越大。越小，等效的交流电阻也越来越大。l l漏电耦合方式 漏电耦合是电阻性耦合方式。当相邻的元件或漏电耦合是电阻性耦合方式。当相邻的元件或导线间的绝缘电阻降低时，有些电信号便通过这导线间的绝缘电阻降低时，有些电信号便通过这个降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输入端而个降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输入端而形成干扰。形成干扰。漏电耦合传导干扰能量的情形与直接耦合方式漏电耦合传导干扰能量的情形与直接耦合方式的基本相同。两者不同之处是：直接耦合方式是的基本相同。两者不同之处是：直接耦合方式是由导线传递能量，在传递干扰信号的能量的同时

45、，由导线传递能量，在传递干扰信号的能量的同时，还传递有用信号的能量；而漏电耦合方式是由漏还传递有用信号的能量；而漏电耦合方式是由漏电阻传递能量，并不传递有用信号，其危害性比电阻传递能量，并不传递有用信号，其危害性比直接耦合方式更具隐蔽性。直接耦合方式更具隐蔽性。l l公共阻抗耦合方式 公共阻抗耦合是噪声源和信号源具有公共阻抗时公共阻抗耦合是噪声源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。公共阻抗随元件配置和实际器件的的传导耦合。公共阻抗随元件配置和实际器件的具体情况而定。只要其中某一电路的电流发生变具体情况而定。只要其中某一电路的电流发生变化，便会使其他电路的供电电压发生变化，形成化，便会使其他电路的

46、供电电压发生变化，形成公共阻抗耦合。公共阻抗耦合。公共耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公公共耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，如下图所示。常见的公共阻抗耦到另一个电路，如下图所示。常见的公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。下图是公共地线的合有公共地和电源阻抗两种。下图是公共地线的连线的内阻而产生的耦合。连线的内阻而产生的耦合。为了防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于为了防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，通过耦合阻抗上的干扰电流和产生的干扰电零，通过耦合阻抗上的干扰电流和产生的干扰电压

47、将消失。此时，有效回路与干扰回路即使存在压将消失。此时，有效回路与干扰回路即使存在电气连接电气连接(在一点上在一点上)，它们彼此也不再互相干扰，它们彼此也不再互相干扰，这种情况通常称为电路去耦，即没有任何公共阻这种情况通常称为电路去耦，即没有任何公共阻抗耦合的存在。抗耦合的存在。l l电容耦合方式电容耦合方式 电容耦合方式是指电位变化在干扰源与干扰对象电容耦合方式是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应。又称静电耦合或电场耦合。之间引起的静电感应。又称静电耦合或电场耦合。电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果某一个导体上

48、的信号电压存在着分布电容。如果某一个导体上的信号电压(或噪声电压或噪声电压)通过分布电容使其他导体上的电位通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这样的现象就称为电容性耦合。受到影响，这样的现象就称为电容性耦合。下图为平行布线的下图为平行布线的A A和和B B之间的电容性耦合情况之间的电容性耦合情况的示意图，图中的示意图，图中C C是两导线之间的分布电容。是两导线之间的分布电容。流经导线流经导线A A的信号，经分布电容的信号，经分布电容C C将信号能量注将信号能量注入导线入导线B B。导线。导线A A的电流信号是信号源向负载的电流信号是信号源向负载R RL L输输送有用能量，但当这些能量通过送

49、有用能量，但当这些能量通过C C耦合到导线耦合到导线B B所所在的电路后，就会对在的电路后，就会对R R2G2G和和R R2L2L产生干扰。产生干扰。上图所示的电容耦合并没有考虑到两导线与大上图所示的电容耦合并没有考虑到两导线与大地或其他导电体之间的分布电容的影响。在实践地或其他导电体之间的分布电容的影响。在实践中，导线与大地之间的分布电容往往是不能忽略中，导线与大地之间的分布电容往往是不能忽略不计的。电容耦合的定量计算因导体与信号的分不计的。电容耦合的定量计算因导体与信号的分布的复杂性而变得非常难以实现。我们通常只能布的复杂性而变得非常难以实现。我们通常只能定性考虑电容耦合的耦合深度。定性考

50、虑电容耦合的耦合深度。l l电磁感应耦合方式 电磁感应耦合又称磁场耦合，示意图如下图所电磁感应耦合又称磁场耦合，示意图如下图所示。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是一个很示。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是一个很大的干扰；在设备外部，当两根导线在很长的一大的干扰；在设备外部，当两根导线在很长的一段区间架设时，也会产生干扰。段区间架设时，也会产生干扰。l l辐射耦合方式 电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电并发生高频变化，从而