電子產(chǎn)品輻射發(fā)射的抑制
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電子電氣設(shè)備在正常工作時(shí)，同時(shí)向周圍空間輻射電磁騷擾，可能影響其它設(shè)備的工作。為此很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了對(duì)電磁發(fā)射的測(cè)量方法和限值，例如GB9254、GB4824、GBl3837等分別規(guī)定了信息技術(shù)設(shè)備、工科醫(yī)設(shè)備、電子測(cè)量?jī)x器、聲音和電視廣播接收機(jī)等設(shè)備的輻射發(fā)射限值。在輻射發(fā)射測(cè)量中很多設(shè)備的騷擾場(chǎng)強(qiáng)往往在某些頻率段超過(guò)限值，因此制造商迫切需要了解超標(biāo)的原因以及應(yīng)采取的措施。通常設(shè)備的輻射發(fā)射可由兩部分組成：一部分是設(shè)備內(nèi)部的電磁能量通過(guò)機(jī)箱泄漏；另一部分是設(shè)備的連接線作為天線輻射電磁能量。以下將分別進(jìn)行討論。
二、電子產(chǎn)品輻射的泄漏途徑和抑制
1、通過(guò)機(jī)箱的泄漏
設(shè)備內(nèi)的元器件、集成片、印刷電路板的走線、有信號(hào)電流經(jīng)過(guò)的地方都可能向周圍空間輻射電磁能量，頻率越高就越容易產(chǎn)生電磁輻射。如果設(shè)備采用非屏蔽機(jī)箱，則這些電磁能量就直接傳遞到設(shè)備外部空間。如果設(shè)備采用金屬機(jī)箱，或在塑料機(jī)箱內(nèi)噴涂一層金屬作為屏蔽層，則電磁能量可能會(huì)被限制在設(shè)備內(nèi)部，限制的程度取決于機(jī)箱的屏蔽效能。薄薄的一層完整金屬具有很高的屏蔽效能，但是如果上面有較大的孔或較長(zhǎng)的縫隙，則屏蔽效能就會(huì)大大下降，產(chǎn)生電磁能量泄漏。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，這些孔縫相當(dāng)于一個(gè)二次發(fā)射天線，當(dāng)這些孔縫長(zhǎng)度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，漏泄能量最大。對(duì)于固定的孔縫長(zhǎng)度，頻率越高，泄漏越嚴(yán)重。一般要求孔縫長(zhǎng)度應(yīng)為：1＜λ／20(商用設(shè)備，屏蔽效能20dB)或1＜λ／50(軍用設(shè)備，屏蔽效能28dB)，λ為設(shè)備內(nèi)可能輻射的最高頻率的波長(zhǎng)。如設(shè)備內(nèi)工作信號(hào)是數(shù)字脈沖，或者由于開(kāi)關(guān)瞬態(tài)操作產(chǎn)生脈沖噪聲，則應(yīng)該考慮的輻射發(fā)射最高頻率為1／(π)，其中是脈沖的上升時(shí)間，或者為10倍的時(shí)鐘頻率。
判別設(shè)備的輻射騷擾是否主要由機(jī)箱泄漏引起，可把設(shè)備連接線拆除，然后再測(cè)量輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)。如果加和不加連接線對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有明顯影響，說(shuō)明機(jī)箱泄漏起主要作用。這時(shí)可用近場(chǎng)磁場(chǎng)探頭(例如HP 11940A)沿孔縫移動(dòng)，尋找泄漏點(diǎn)。探頭接頻譜分析儀，可觀察不同頻率的泄漏情況。如果在某個(gè)縫隙發(fā)現(xiàn)較大的泄漏場(chǎng)強(qiáng)，可臨時(shí)在該處貼一條金屬導(dǎo)電帶，該金屬帶應(yīng)與機(jī)箱的金屬面有良好的導(dǎo)電搭接。如果輻射場(chǎng)強(qiáng)明顯減小，則說(shuō)明泄漏位置尋找正確，在今后的設(shè)計(jì)中要加以改進(jìn)，使縫隙尺寸滿足要求。例如添加導(dǎo)電襯墊、采用波導(dǎo)設(shè)計(jì)、縮短連接螺絲的間距等等。
如果機(jī)箱必須是非金屬的，則應(yīng)該用近場(chǎng)探頭探測(cè)設(shè)備內(nèi)的元器件、走線等，找出輻射源，采取相應(yīng)措施，例如元器件屏蔽、印刷板布線時(shí)盡量減小電流環(huán)路面積等。
2、設(shè)備連接線的輻射
在輻射發(fā)射測(cè)試中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)當(dāng)設(shè)備加上I／O線、控制線等連接線以后，在有些頻率段輻射場(chǎng)強(qiáng)就有很大提高，即使連接線終端沒(méi)有加負(fù)載也是如此。這時(shí)連接線就變成了天線，向外發(fā)射電磁能量。以下對(duì)這種輻射的機(jī)理進(jìn)行分析。
2．1 差模電流輻射和共模電流輻射
連接線上流過(guò)高頻電流時(shí)才能向外發(fā)射電磁能量。電流的傳輸有兩種方式：共模方式及差模方式。一對(duì)導(dǎo)線上如果流過(guò)差模電流，則兩條線上的電流，大小相等，方向相反，一般有用信號(hào)都是差模電流。一對(duì)導(dǎo)線上如果流過(guò)共模電流，則兩條線上的電流方向相同。騷擾電流在連接線上既可以差模方式出現(xiàn)，也可以共模方式出現(xiàn)。如果連接線終端沒(méi)有加負(fù)載，連接線上就沒(méi)有差模電流存在，只有共模電流，其產(chǎn)生的輻射稱為共模電流輻射。如果連接線終端是有負(fù)載的，則可用電流鉗來(lái)判斷是否存在共模電流。電磁兼容使用的電流鉗一般具有較寬的頻帶。把電流鉗卡在導(dǎo)線對(duì)上，電流鉗測(cè)得的信號(hào)連接到頻譜儀上，頻譜儀上顯示的則是導(dǎo)線對(duì)上的共模電流。導(dǎo)線對(duì)上的差模電流在電流鉗中產(chǎn)生的磁通互相抵消，所以不會(huì)有顯示。 連接線作為天線發(fā)射電磁騷擾，主要是以共模電流輻射形式。因?yàn)閭鬏斢杏眯盘?hào)的導(dǎo)線對(duì)常常是緊靠在一起的，而且經(jīng)常使用雙絞線，所以差模電流在周圍空間產(chǎn)生的輻射場(chǎng)往往大小相等，方向相反，從而相互抵消。而導(dǎo)線對(duì)中兩根導(dǎo)線上的共模電流產(chǎn)生的輻射場(chǎng)則相互迭加。如果在計(jì)算機(jī)常用的扁平饋線中抽取相鄰的兩根導(dǎo)線，線長(zhǎng)1米，導(dǎo)線對(duì)上分別加以共模和差模電流，在離導(dǎo)線對(duì)3米處按GB9254規(guī)定測(cè)量騷擾場(chǎng)強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明如果該處場(chǎng)強(qiáng)要達(dá)到B類設(shè)備的限值(30"230 MHz時(shí)為40 dBμV／m)，則差模電流要求為20 mA，而共模電流只要8 μA，兩者相差2500倍。由此可見(jiàn)，共模電流輻射的抑制是非常重要的。
2．2共摸電流輻射的基本驅(qū)動(dòng)模式
共模電流輻射實(shí)際上都是由差模源(有用信號(hào)源)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的，可大致分為兩種基本驅(qū)動(dòng)模式：電流驅(qū)動(dòng)模式和電壓驅(qū)動(dòng)模式。
1)電流驅(qū)動(dòng)模式
圖1是電流驅(qū)動(dòng)模式的示意圖。圖1(a)中UDM是差模電壓源，設(shè)備內(nèi)部有很多這樣的源，例如各種數(shù)字信號(hào)電路、高頻振蕩源等等，ZL為回路負(fù)載，IDM為回路負(fù)載的差模電流，該電流流過(guò)AB兩點(diǎn)間的回流地(例如印制板的地線)，回到差模源。如AB間存在一定的電感LP，則產(chǎn)生壓降為
這里UCM就是產(chǎn)生共模輻射的驅(qū)動(dòng)源。要產(chǎn)生輻射，除了源以外還必須有天線。這里的天線有兩部分組成，一部分是由A點(diǎn)向左看的地線部分，另一部分是由B點(diǎn)向右看的地線部分和外接電纜。其組成的輻射系統(tǒng)的等效電路如圖1(b)所示，這實(shí)際上是一付不對(duì)稱振子天線。流過(guò)天線的電流即為共模電流，可用下式表示
由于共模電流ICM是由差模電流IDM產(chǎn)生的，所以這種模式稱電流驅(qū)動(dòng)模式。以下舉二例說(shuō)明電流驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的共模輻射。
例1：在印制電路板上為了把數(shù)字部分和模擬部分隔離，常把地分割成數(shù)字地和模擬地。如果這兩部分之間有信號(hào)聯(lián)系，如圖2所示，并且數(shù)字地和模擬地的連接部分AB比較細(xì)長(zhǎng)，存在一定電感，則差模電流IDM將在AB連接線的電感上產(chǎn)生共模驅(qū)動(dòng)電壓源，從而引起共模輻射，天線一部分是數(shù)字地，另一部分是模擬地和外接地線。
例2：印制電路板的地通過(guò)接地導(dǎo)線與機(jī)殼相連，如圖3所示。印制板上有信號(hào)線與機(jī)殼貼近，于是差模源VDM通過(guò)分布電容C耦合到機(jī)殼上，引起差模電流，該電流通過(guò)機(jī)殼和接地線又回到印制板的差模源。如果接地線存在一定的電感L，則差模電流在L上產(chǎn)生電壓降VCM，成為共模驅(qū)動(dòng)電壓，從而引起共模輻射。這時(shí)天線的一部分是外接地線，另一部分是機(jī)殼。這種輻射常發(fā)生在以下情況，例如設(shè)備內(nèi)部的地址線、數(shù)據(jù)線等扁平電纜貼近機(jī)殼，分布電容較大，印制板和機(jī)殼之間的連接線細(xì)長(zhǎng)或接觸不良等等。
評(píng)論