关于电磁干扰，你了解多少？

电磁干扰（简称EMI）是指任何在传导过程中或有电磁场伴随电压、电流作用下产生的电磁现象，这种现象能够降低或干扰电子设备、系统或子系统的性能。EMI可以通过空间辐射或通过导线等传导介质传播，影响范围广泛，可能对电子设备的功能造成暂时性或永久性的负面影响，同时也可能对生物体或其它物质产生不良作用。

电磁干扰原理

现代电子产品功能越来越强大，电子电路越来越复杂，电磁干扰（EMI）和电磁兼容问题成为主要问题，电路设计对设计人员的技术水平要求越来越高。电磁干扰一般分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指信号通过导电介质从一个电气网络耦合（干扰）到另一个电气网络。辐射干扰是指干扰源通过空间将其信号耦合（干扰）到另一个电气网络。因此，研究EMC问题就是研究干扰源、耦合路径和敏感器件之间的关系。

美国联邦通信委员会 (FCC) 于 1990 年推出了针对商业数字产品的法规，欧盟 (EU) 于 1992 年推出了针对商业数字产品的法规，要求公司确保其产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规定的产品称为电磁兼容性。

目前，全球各地区已基本设立了EMC相应的市场准入认证，以保护该地区的电磁环境和当地产品的竞争优势。比如北美的FCC认证、NEBC认证、欧盟的CE认证、日本的VCCEI认证、澳大利亚的C-TIck证书、台湾的BSMI认证、中国的3C认证等都是进入的“通行证”这些市场。

电磁干扰的类型

从干扰源来看，电磁干扰可分为自然干扰源和人为干扰源。自然干扰源包括地球上各地雷暴和闪电产生的电噪声、太阳黑子爆炸和活动产生的噪声以及银河系产生的宇宙噪声。人为干扰源是指机电或其他人为装置产生的电磁干扰，包括各种无线电发射机；工业、科学和医疗射频设备；架空输电线路、高压设备和电力牵引系统；机电车辆和内燃机；电动机、家用电器、照明器具和类似设备；信息技术设备；以及静电放电和电磁脉冲。随着科学技术和生产力的发展以及人民生活水平的提高，人为干扰源的种类不断增多，产生的电磁干扰对环境的污染越来越严重。目前，人为干扰已成为电磁环境水平的主要来源。

电磁干扰从干扰的传输途径可分为传导干扰和辐射干扰。沿着电线传输的电磁干扰称为传导干扰。电子系统中的器件之间或电子设备中的单元电路之间存在各种连接，一个器件(或单元电路)的电磁能可能会沿着这些导线传输到其他器件和单元电路，从而产生干扰。辐射干扰是指通过空间传播的电磁干扰。干扰源电路、输入输出信号电路、控制电路等线路在一定条件下可构成辐射天线或接收天线。如果干扰源的外壳流过高频电流，外壳本身也成为辐射天线或接收天线。

根据电磁干扰的影响，电磁干扰包括内部干扰和系统间干扰两个方面。

电磁干扰三要素

1、电磁干扰源

电磁干扰源包括微处理器、微控制器、发射机、静电放电以及瞬时功率元件，如机电继电器、开关电源、照明等。在微控制器系统中，时钟电路是最大的宽带噪声发生器，这种噪声是扩散到整个光谱。随着大量高速半导体器件的发展，它们的跳边速率非常快，此类电路会产生高达300 MHz的谐波干扰。

2. 耦合路径

噪声耦合到电路中最容易通过的导体上，如图EMI机理分析图所示。如果电线穿过嘈杂的环境，电线就会感知环境噪声并将其传输到电路的其余部分。噪声通过电源线进入系统，电源线携带的噪声又传输到整个电路，这是一种耦合的情况。

耦合也发生在具有共享负载（阻抗）的电路中。例如，两个电路共用一根电源线或一根地线。如果一个电路需要突发大电流，而两个电路共用电源线，相当于接入电源的同一内阻，电流不平衡就会导致另一电路的电源电压下降。可以通过降低公共阻抗来降低这种耦合的影响。但电源和地线的内阻是固定的。如果接地不稳定，流过一个电路的返回电流会在另一电路的接地回路中产生地电位的变化，而地电位的变化会严重降低模拟等低级模拟电路的性能。 /数字转换器、运算放大器和传感器。

另外，每个电路中都存在电磁辐射，从而形成电路之间的耦合。当电流改变时，就会产生电磁波。这些波可以耦合到附近的导体并干扰电路中的其他信号。

3. 接收器

所有电子电路都会受到电磁干扰。虽然一部分 EMI 以射频辐射的形式直接接收，但大部分 EMI 是通过瞬时传导接收的。在数字电路中，复位、中断和控制信号等关键信号最容易受到电磁干扰。控制电路、模拟低电平放大器和功率调整电路也容易受到噪声的影响。

电磁感应与电磁干扰

很多人从事电子电路设计的时候都是从了解电子元件开始的，但是从事电磁兼容设计其实应该从电磁场理论开始，也就是从电磁感应理解开始。

一般的电子电路都是由电阻、电容、电感、变压器、有源器件和导线等组成，当电路中有电压时，所有带电元件周围都会产生电场，当电路中有电流流过时，所有载液周围都有磁场。

电容器是电场最集中的组成部分，流过电容器的电流就是位移电流，这种位移电流是由于电容器的两极板被充电，两极板之间产生电场，通过在电场感应下，两块极板会产生充电和放电，形成位移电流。事实上，电容回路中的电流并没有真正流过电容，而只是对电容进行充电和放电。当电容器的两块极板打开时，两块极板可以看作是一组电场辐射天线，两块极板之间的电路会在极板之间感应出电场。双极板之间的电路，无论是闭路还是开路，都会在导体中产生与电场方向一致的位移电流（当电场方向不断变化时），即电流向前运行一会儿又向后退一会儿。

电场强度定义为电势梯度，即电势差与两点之间距离的比值。一根几米长的电线，当它流过几安培的电流时，两端的电压最多只有零点几伏，即电场强度几十毫伏/米、几安培导体中会产生巨大的电流，可见电场作用之大，干扰能力之强。

电感器和变压器是磁场最集中的元件，流过变压器次级线圈的电流就是感应电流，它是由于变压器初级线圈中有电流流经时而产生的。产生磁感应。电感器和变压器周围的电路可以看作变压器的感应线圈，当电感器和变压器漏感产生的磁力线经过电路时，作为变压器“次级线圈”的电路将产生感应电流。两个相邻电路的电路也可以看作变压器的“初级线圈”，而另一个电路可以看作变压器的“次级线圈”，因此相邻的两个电路也产生电磁感应，即互相干扰。

只要电子电路中存在电场或磁场，就会产生电磁干扰。在高速PCB和系统设计中，高频信号线、集成电路引脚、各种连接器等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，可以发射电磁波，影响系统中其他系统或其他子系统的正常工作。系统。

电磁干扰的危害

(1)对电子系统和设备的危害 

强电磁干扰会导致敏感电子设备因过载而损坏。一般情况下，硅晶体管发射极与基极之间的反向击穿电压为2～5V，极易损坏，且其反向击穿电压随温度升高而降低。电磁干扰引起的电压尖峰会增加发射结和集电极结中某个点的杂质浓度，导致晶体管击穿或内部短路。在强射频电磁场下工作的晶体管会吸收足够的能量，从而因结温超过允许温升而造成损坏。

（二）对武器装备的危害 

现代无线电发射机和雷达可以产生强大的电磁辐射场。这种辐射场会导致安装在武器装备系统中的敏感电子引爆装置过早启动而失控；制导导弹失准会导致偏离飞行轨迹，增大距离误差；对于飞机来说，会造成操作系统不稳定、航向不准确、高度显示错误、雷达天线跟踪位置偏移等。

（三）对人体的危害 

电磁辐射一旦进入人体细胞组织，就会引起生物效应，即局部热效应和非热效应。非热效应的机理较为复杂，有待进一步探索。热效应取决于辐射峰值功率，但也与频率有关。热效应在1～3GHz范围内最为严重，生物效应吸收的能量可达入射能量的20%～100%。在其他频率范围内，生物效应吸收约 40% 的入射能量。不同频率的电磁辐射对人体的危害程度是不一样的。 1GHz以下的辐射，皮肤组织迟缓，能量渗透性强，容易引起深层组织发热和损伤。对于1～3GHz的辐射，人体的表层组织和深层组织都会吸收能量，如眼球和内部组织很容易受到损伤。电磁场的热效应可使人体温度升高，当人体超过正常体温时，新陈代谢和需氧量迅速增加，如体温升高。

电磁干扰是怎么产生的及解决方法

#电磁干扰#（EMI）产生的原因多种多样，主要包括以下几个方面：

1. 电路切换操作：在电子设备中，如开关电源、数字逻辑电路的开关动作会产生快速变化的电压和电流，这些瞬变信号能够以电磁波的形式辐射出去，或者通过导线和接地回路传播，形成干扰。

2. 不恰当的布线和接地：如果电路板上的电源线、地线布局不合理，或者接地不充分，会形成较大的环路面积，从而加剧电磁场的辐射和耦合。

3. 元器件的选择和布局：高频元器件如晶体振荡器、高速数据线等，若布局不合理或未采取适当的屏蔽措施，容易成为干扰源。

4. 电源线干扰：电源线本身可能携带大量的电磁噪声，包括工频谐波和高频噪声，这些都能通过电源线传播到设备内部。

5. 自然和人为干扰源：自然界的闪电、太阳活动以及附近的人为设备如无线电发射塔、电机等，也可能成为外部干扰源。

解决电磁干扰的方法主要包括：

接地技术：采用合适的接地策略，如单点接地、多点接地或混合接地，确保电路有一个共同的参考电位点，减少地回路和地弹。

屏蔽：使用导电材料（如金属盒、屏蔽罩）包围干扰源或敏感电路，阻止电磁波的进出，同时确保屏蔽体良好接地。

滤波：在电源线和信号线上添加滤波器（如去耦电容、EMI滤波器、磁性元件）来抑制特定频率的噪声。

PCB设计优化：合理安排地平面和电源平面，增大接地面积，缩短高频信号线长度，避免直角走线，合理布线减少环路面积。

搭接：确保所有金属部件间有良好的电气连接，减少接触电阻，防止形成额外的干扰路径。

隔离：使用光耦合器、变压器等隔离技术，切断干扰的直接传导路径。

降低敏感度：增强受干扰设备的抗扰度，例如通过稳压、信号调理、硬件和软件滤波等方法。

合理布局和分隔：在物理上分离模拟和数字电路，减少它们之间的相互干扰。

解决电磁干扰是一个系统性的工程，需要综合考虑设备的设计、制造、安装和使用等多个环节。