电磁干扰的来源

电磁干扰 (EMI) 已经成为我们生活的一部分,要不要处理呢?许多人认为,电子解决方案的广泛应用是一件好事,因为它给我们的生活带来舒适、安全的享受,并把医疗服务带到我们的身边。但是,这些解决方案同时也产生了具有电子危害的 EMI 信号。

EMI 信号的源头各种各样。这些源头包括我们身边常见的一些电子设备。小汽车、卡车和重型车辆本身就是 EMI 信号的产生器。问题在于,这些 EMI 源所处的位置与敏感电子电路的位置相同——车辆内部。这种相互靠近会影响音频设备、自动门控制器以及其他设备。这类存在于车辆中的EMI噪声是可以预见的。

但是,对于我们 21 世纪的人们无时不刻都在使用的手机来说,情况又如何呢?每一种电子设备都有其优点和缺点。今天,手机的使用,让我们可以在任何地点都能够方便地联系朋友、家人和商业伙伴。但是,手机也会产生 EMI 信号,而这还只是问题的开端。手机的发展已超出了其基本的电话功能,拥有了更多的智能电话功能。这种 EMI 噪声对于周围设备和电路的干扰是完全不可预知的。手机依靠高RF能量工作。即使达到了相关规定,手机也可能成为一个非故意的 EMI 源,从而干扰周围敏感设备工作。

印刷电路板、时钟电路、振荡器、数字电路和处理器也会成为电路内部 EMI 源。对电流执行开关操作的一些机电装置,在关键操作期间会产生 EMI。这些 EMI 信号不一定会对其他电子设备产生负面影响。EMI 信号的频谱成分和强度,决定了它是否会对敏感型电路产生意想不到的影响。

您可以将某个数字信号的频谱成分简化为其频率和升时间。时钟或者系统频率建立电路的时间基准,但其边缘率形成干扰谐波。图 1 显示了一个 10 MHz 方波的频谱成分。该 10 MHz 信号的边缘率为 10 ns。请注意,图 1 中这些谐波的量级随频率降低。一般而言,这种信号的潜在 EMI 为:

fMAX = 1/(πx tRISE)            方程式 1

10 ns 边缘率时方程式结果为约 31.8 MHz。曲线图显示,最后一次明显谐波出现在30 MHz。同时,图 2 所示 1 ns 边缘率时方程式结果为 318 MHz 最大频率。如果您的电路易受 318 MHz 频带内产生的频率影响,则 EMI 谐波可能会使您的电路出现干扰。


图 1 10 ns 升降时间信号的模拟 EMI 信号


图 2 1 ns 升降时间信号的模拟 EMI 信号
 
事实上,更好的做法是您在其源头消除干扰信号而不让它通过您的电路。就车辆而言,越来越多的构件都使用塑料来制造。但是,当您想要找一个低阻抗接地或者实施信号屏蔽时,这却又成了问题。一旦信号传输获得“自由”,它们便“四处游荡”,从而进入到您的敏感系统中,最终带来严重的破坏。

下次,我们将详细讨论EMI信号是如何通过媒介传输进入到您的电路中的。

德州仪器 (TI) 高级应用工程师:Bonnie C. Baker

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