探討電磁干擾和射頻干擾及其抑制措施
內(nèi)部干擾是指系統(tǒng)內(nèi)部高速數(shù)字線路對敏感模擬線路和其它數(shù)字線路的影響,或電源噪聲對模擬/數(shù)字線路的污染。內(nèi)部干擾通常產(chǎn)生于數(shù)字和模擬電路之間,或驅(qū)動器與數(shù)字線路之間。
2.3、RFI特性分析
現(xiàn)實生活中的無線電發(fā)射源是極其豐富的,如無線電臺、電視臺、移動通信、計算機、電動機、電錘等等,數(shù)不勝數(shù)。所有這些電子活動都會影響電子系統(tǒng)的性能。無論RFI的強度和位置如何,電子系統(tǒng)對RFI必須有一個最低的抗擾度。在通信、無線電工程中,抗擾度定義為設(shè)備承受每單位RFI功率強度的敏感度。在大多數(shù)RFI分析中,用電場強度來描述RFI激勵,即
式中E為電場強度(V/m);PT為發(fā)送功率(mW/cm2)。
從“干擾源—耦合途徑—接收器”的觀點出發(fā),電場強度E是發(fā)射功率、天線增益和距離的函數(shù),即
式中GA為天線增益;d為電路或系統(tǒng)距干擾源的距離(m)。
由于模擬電路一般在高增益下運行,對RF場比數(shù)字電路更為敏感,因此,必須解決μV級和mV級信號的問題;對于數(shù)字電路,由于它具有較大的信號擺動和噪聲容限,所以對RF場的抑制力更強。RF場可通過電感/電容耦合產(chǎn)生噪聲電壓或噪聲電流。
3、無源元件在EMI/RFI環(huán)境中的特性
無源元件的合理使用可減小EMI/RFI對電路或系統(tǒng)的影響,對于設(shè)計者,應(yīng)對抗干擾的主要工具--無源元件有足夠的了解,特別是它們的非理想作用。圖2給出了無源器件在電路中的非理想特性。
圖2、無源器件在電路中的非理想特性
可以看出,在很高頻率時,導(dǎo)線變成了反射線,電容變成了電感,電感變成了電容,電阻變成了共振電路。在低頻時,導(dǎo)線具有很低的電阻(<0.0656Ω/m),但它的寄生電感約為0.079 nH/m,當(dāng)頻率大于13 kHz時,就變成了電感,由于電感的不可控性,最終使其變成一根發(fā)射線。根據(jù)天線理論可知,無端接的傳輸線將變成一個具有增益的天線。
4、低通濾波器在抑制EMI/RFI中的應(yīng)用
低通濾波器是一種很早就被人們采用的干擾凈化技術(shù),對共模和差模噪聲有較強的抑制作用。圖3所示電路可用于防止模擬電路受EM場和RF場干擾。
圖3、模擬電路防止RFI的技術(shù)原理
可以看出,干擾的耦合途徑有信號輸入、信號輸出和電源供應(yīng)三個點,所以采用0.1μF的高頻陶瓷電容對所有的電源供應(yīng)端進行退耦;采用截止頻率高于信號帶寬10~100倍的低通濾波器對所有的信號線進行濾波。
對于低通濾波器,必須保證在預(yù)期的最高頻率段也是有效的,因為,實際的低通濾波器在高頻時會出現(xiàn)泄露現(xiàn)象,如圖4所示。這是由于寄生電容引起電感效率的損失,寄生電感引起電容效率的損失所造成的。對于低通濾波器(電感、電容組成),當(dāng)輸入信號頻率比濾波器截止頻率高100~1000倍時,就發(fā)生泄露現(xiàn)象。為此,一般不采用一級低通濾波器,而是分為低頻帶、中頻帶和高頻帶且每個頻帶單獨設(shè)置濾波器,如圖5所示。
圖4、低通濾波器在100~1000f3dB時的效率