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電磁兼容設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題，你不得不掌握（一）
日期：2024-10-19 08:08
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摘要：
你知道什么是電磁兼容嗎?有哪些問(wèn)題呢?本篇文章為你普及一下電磁兼容設(shè)計(jì)中常見的小問(wèn)題，千萬(wàn)不要錯(cuò)過(guò)咯!
1. 為什么要對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)?
答：滿足產(chǎn)品功能要求、減少調(diào)試時(shí)間，使產(chǎn)品滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，使產(chǎn)品不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾或影響周邊設(shè)備工作環(huán)境。
2.對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)可以從哪幾個(gè)方面進(jìn)行?
答：電路設(shè)計(jì)(包括器件選擇)、軟件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)等。
3.在電磁兼容領(lǐng)域，為什么總是用分貝(dB)的單位描述?10mV是多少dBmV...
你知道什么是電磁兼容嗎?有哪些問(wèn)題呢?本篇文章為你普及一下電磁兼容設(shè)計(jì)中常見的小問(wèn)題，千萬(wàn)不要錯(cuò)過(guò)咯!
1. 為什么要對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)?
答：滿足產(chǎn)品功能要求、減少調(diào)試時(shí)間，使產(chǎn)品滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，使產(chǎn)品不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其它設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾或影響周邊設(shè)備工作環(huán)境。
2.對(duì)產(chǎn)品做電磁兼容設(shè)計(jì)可以從哪幾個(gè)方面進(jìn)行?
答：電路設(shè)計(jì)(包括器件選擇)、軟件設(shè)計(jì)、線路板設(shè)計(jì)、屏蔽結(jié)構(gòu)、信號(hào)線/電源線濾波、電路的接地方式設(shè)計(jì)等。
3.在電磁兼容領(lǐng)域，為什么總是用分貝(dB)的單位描述?10mV是多少dBmV?
答：因?yàn)橐枋龅姆群皖l率范圍都很寬，在圖形上用對(duì)數(shù)坐標(biāo)更容易表示，而dB就是用對(duì)數(shù)表示時(shí)的單位，10mV是20dBmV。
4.為什么頻譜分析儀不能觀測(cè)靜電放電等瞬態(tài)干擾?
答：因?yàn)轭l譜分析儀是一種窄帶掃頻接收機(jī)，它在某一時(shí)刻僅接收某個(gè)頻率范圍內(nèi)的能量。而靜電放電等瞬態(tài)干擾是一種脈沖干擾，其頻譜范圍很寬，但時(shí)間很短，這樣頻譜分析儀在瞬態(tài)干擾發(fā)生時(shí)觀察到的僅是其總能量的一小部分，不能反映實(shí)際的干擾情況。
5.在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電磁干擾問(wèn)題診斷時(shí)，往往需要使用近場(chǎng)探頭和頻譜分析儀，怎樣用同軸電纜制作一個(gè)簡(jiǎn)易的近場(chǎng)探頭?
答：將同軸電纜的外層(屏蔽層)剝開，使芯線暴露出來(lái)，將芯線繞成一個(gè)直徑1~2厘米小環(huán)(1~3匝)，焊接在外層上。
6.一臺(tái)設(shè)備，原來(lái)的電磁輻射發(fā)射強(qiáng)度是300mV/m，加上屏蔽箱后，輻射發(fā)射降為3mV/m，這個(gè)機(jī)箱的屏蔽效能是多少dB?
答：這個(gè)機(jī)箱的屏蔽效能應(yīng)為40dB。
7.設(shè)計(jì)屏蔽機(jī)箱時(shí)，根據(jù)哪些因素選擇屏蔽材料?
答：從電磁屏蔽的角度考慮，主要要考慮所屏蔽的電場(chǎng)波的種類。對(duì)于電場(chǎng)波、平面波或頻率較高的磁場(chǎng)波，一般金屬都可以滿足要求，對(duì)于低頻磁場(chǎng)波，要使用導(dǎo)磁率較高的材料。
8.機(jī)箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影響以外，還受什么因素的影響?
答：受兩個(gè)因素的影響，一是機(jī)箱上的導(dǎo)電不連續(xù)點(diǎn)，例如孔洞、縫隙等;另一個(gè)是穿過(guò)屏蔽箱的導(dǎo)線，如信號(hào)電纜、電源線等。
9.屏蔽磁場(chǎng)輻射源時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：由于磁場(chǎng)波的波阻抗很低，因此反射損耗很小，而主要靠吸收損耗達(dá)到屏蔽的目的。因此要選擇導(dǎo)磁率較高的屏蔽材料。另外，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要使屏蔽層盡量遠(yuǎn)離輻射源(以增加反射損耗)，盡量避免孔洞、縫隙等靠近輻射源。
10.在設(shè)計(jì)屏蔽結(jié)構(gòu)時(shí)，有一個(gè)原則是：盡量使機(jī)箱內(nèi)的電纜遠(yuǎn)離縫隙和孔洞，為什么?
答：由于電纜近旁總是存在磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)很容易從孔洞泄漏(與磁場(chǎng)的頻率無(wú)關(guān))。因此，當(dāng)電纜距離縫隙和孔洞很近時(shí)，就會(huì)發(fā)生磁場(chǎng)泄漏，降低總體屏蔽效能。
11.測(cè)量人體的生物磁信息是一種新的醫(yī)療診斷方法，這種生物磁的測(cè)量必須在磁場(chǎng)屏蔽室中進(jìn)行，這個(gè)屏蔽室必須能屏蔽從靜磁場(chǎng)到1GHz的交變電磁場(chǎng)，請(qǐng)?zhí)岢鲞@個(gè)屏蔽室的設(shè)計(jì)方案。
答：首先考慮屏蔽材料的選擇問(wèn)題，由于要屏蔽頻率很低的磁場(chǎng)，因此要使用高導(dǎo)磁率的材料，比如坡莫合金。由于坡莫合金經(jīng)過(guò)加工后，導(dǎo)磁率會(huì)降低，必須進(jìn)行熱處理。因此，屏蔽室要作成拼裝式的，由板材拼裝而成。事先將各塊板材按照設(shè)計(jì)加工好，然后進(jìn)行熱處理，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，十分小心的進(jìn)行安裝。每塊板材的結(jié)合處要重疊起來(lái)，以便形成連續(xù)的磁通路。這樣構(gòu)成的屏蔽室能夠?qū)Φ皖l磁場(chǎng)有較好的屏蔽效能，但縫隙會(huì)產(chǎn)生高頻泄漏。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，在坡莫合金屏蔽室的外層用鋁板焊接成第 二層屏蔽，對(duì)高頻電磁場(chǎng)起到屏蔽作用。
12.什么是截止波導(dǎo)板(蜂窩板)，什么場(chǎng)合使用，使用時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：由許多截止波導(dǎo)管組成的陣列板，需要較高的屏蔽效能和通風(fēng)量時(shí)使用，使用時(shí)要注意蜂窩板與機(jī)箱之間要使用電磁密封襯墊安裝，或焊接起來(lái)。
13.有一臺(tái)塑料機(jī)殼的設(shè)備，電磁輻射超標(biāo)，為了使其滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，開發(fā)人員在機(jī)殼內(nèi)部用導(dǎo)電漆噴涂，結(jié)果沒(méi)有明顯改善，請(qǐng)分析可能會(huì)是什么原因。
答：原來(lái)的塑料機(jī)箱上孔洞過(guò)多、過(guò)大，產(chǎn)生嚴(yán)重的泄漏，也可能是縫隙不嚴(yán)(可能是接觸不緊，也可能是在結(jié)合處沒(méi)有噴導(dǎo)電漆)，產(chǎn)生泄漏。另外，原來(lái)機(jī)箱上的電纜(信號(hào)線、電源線)一般沒(méi)有良好的濾波措施，這些電纜造成機(jī)箱泄漏。
14.透明屏蔽窗有哪幾種，使用時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：有玻璃夾金屬網(wǎng)構(gòu)成的屏蔽窗和在玻璃上鍍上很薄的金屬膜構(gòu)成的屏蔽窗兩種。在使用時(shí)，要注意金屬網(wǎng)或?qū)щ婂兡ひ欢ㄒc屏蔽機(jī)箱的基體導(dǎo)電性緊密接觸。
15.在CRT顯示器的屏幕上使用金屬網(wǎng)夾層的屏蔽玻璃時(shí)，會(huì)有令人討厭的條紋，怎樣減小這種現(xiàn)象?
答：將絲網(wǎng)的方向旋轉(zhuǎn)一下，使緯線與顯象管的掃描線之間形成15~20度夾角。
16.電磁密封襯墊的兩個(gè)關(guān)鍵特性是什么?列出盡可能多的電磁密封襯墊種類，并說(shuō)明各種產(chǎn)品的適用場(chǎng)合。
答：電磁密封襯墊必須具備的兩個(gè)特性是彈性和導(dǎo)電性。常用電磁密封襯墊的種類有：指形簧 片、金屬網(wǎng)襯墊、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布包裹發(fā)泡橡膠、螺旋管等，除了有切向滑動(dòng)接觸的場(chǎng)合外，避免使用指形簧 片，有環(huán)境密封要求時(shí)，使用導(dǎo)電橡膠，其它場(chǎng)合可使用導(dǎo)電布襯墊，需要屏蔽的頻率不高時(shí)，也可用絲網(wǎng)襯墊，能夠確保不會(huì)過(guò)量壓縮時(shí)，可使用螺旋管。
17.使用電磁密封襯墊時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：面板的厚度適當(dāng)，防止在襯墊的反彈力作用下發(fā)生形變，造成更大的縫隙，面板厚度較薄時(shí)，緊固螺釘?shù)拈g隔要較小。設(shè)置限位結(jié)構(gòu)，防止過(guò)量壓縮，選擇適當(dāng)?shù)慕饘俨牧?，減小電化學(xué)腐蝕。
18.一個(gè)屏蔽機(jī)箱上，必須要穿過(guò)一根金屬桿，怎樣處理才不會(huì)破壞機(jī)箱的屏蔽效能?
答：將金屬桿的周圍通過(guò)鈹銅簧 片與屏蔽基體可靠地搭接起來(lái)。
19.電源線濾波器主要起什么作用，選型時(shí)主要考慮哪些參數(shù)，使用電源線濾波器時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：電源線濾波器的作用是抑制傳導(dǎo)發(fā)射電流沿著電源線傳播。選型時(shí)要考慮插入損耗(共模和差模)、額定電流、電壓、有效的頻率范圍等參數(shù)，使用時(shí)要注意安裝方法，必須射頻接地良好，輸入輸出隔離、防止濾波過(guò)的導(dǎo)線部分再次污染。
20.為什么電源線濾波器的高頻濾波特性十分重要?
答：如果高頻特性不好，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo)或?qū)γ}沖性干擾敏感。
21.進(jìn)行結(jié)構(gòu)電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，有一個(gè)原則是：經(jīng)過(guò)濾波的電源線要盡量遠(yuǎn)離各種信號(hào)電纜，這是為什么?
答：如果電源線與信號(hào)電纜靠得很近，信號(hào)電纜上的高頻信號(hào)會(huì)耦合到電源線上(特別是已經(jīng)濾波過(guò)的部分)，造成電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。
22.為什么選用電源線濾波器時(shí)，不能一味追求體積小巧?
答：濾波器的體積主要由濾波器電路中的電感決定，較小的濾波器內(nèi)的電感體積必須較小，這樣電感量可能較小，會(huì)導(dǎo)致濾波器的低頻濾波性能較差。另外，濾波器的體積較小，必須要求內(nèi)部器件相互靠得很近，這樣會(huì)降低濾波器的高頻性能。
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23.什么叫濾波器的插入損耗，用什么方法測(cè)量濾波器的插入損耗可以得到*保險(xiǎn)的結(jié)果?
答：由于濾波器接入電路產(chǎn)生的電流、電壓損耗叫做濾波器的插入損耗，干擾濾波器應(yīng)對(duì)干擾頻率的信號(hào)有盡量大的插入損耗。測(cè)量濾波器的插入損耗應(yīng)采用源和負(fù)載阻抗的比值為0.1:100(或反過(guò)來(lái))的條件來(lái)測(cè)，這時(shí)可以得到*壞條件下的結(jié)果，也就是*保險(xiǎn)的結(jié)果。
24.一般而言，交流線濾波器可以用在直流的場(chǎng)合，但是直流線濾波器優(yōu)良不能用在交流的場(chǎng)合，這是為什么?
答：直流濾波器中使用的旁路電容是直流電容，用在交流條件下可能會(huì)發(fā)生過(guò)熱而損壞，如果直流電容的耐壓較低，還會(huì)被擊穿而損壞。即使不會(huì)發(fā)生這兩種情況，一般直流濾波器中的共模旁路電容的容量較大，用在交流的場(chǎng)合會(huì)發(fā)生過(guò)大的漏電流，違反**標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
25.信號(hào)線濾波器主要起什么作用，從安裝方式上講有哪些種類，怎樣確定使用什么安裝方式的信號(hào)濾波器?
答：減小信號(hào)線上不必要的高頻成分(主要是共模的)，從而減小電纜的電磁輻射，或防止電纜作為天線接收空間電磁干擾，并傳導(dǎo)進(jìn)機(jī)箱。有線路板上安裝和面板上安裝兩種方式，需要濾波的頻率較低時(shí)使用線路板上安裝的結(jié)構(gòu)，需要濾波的頻率較高時(shí)，使用面板上安裝的結(jié)構(gòu)。
26.某根信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)*高頻率為30MHz，測(cè)量表明，這根導(dǎo)線上有120MHz的共模干擾電流，用共模輻射公式預(yù)測(cè)，只要將這個(gè)共模電流抑制30dB，就可以滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要幾階的低通濾波電路?
答：按照題意，低通濾波器的截止頻率為30MHz，而在120MHz的插入損耗要大于30dB。由于N階濾波器的插入損耗增加速率為每倍頻程6N(dB)，30MHz至120MHz為兩個(gè)倍頻程，因此，N階濾波器的截止頻率若在30MHz，則在120MHz時(shí)插入損耗為程12N(dB)。若要使程12N > 30，則可取N=3，即低通濾波器的階數(shù)至少為3。
27.三端電容器為什么更適合于干擾濾波?
答：電磁干擾的頻率往往很高，因此干擾濾波器的高頻特性至關(guān)重要，三端電容巧妙地利用一個(gè)電極上的兩根引線電感構(gòu)成了T型低通濾波器，而消除了傳統(tǒng)電容器中引線電感的不佳影響，提高了高頻濾波特性，因此三端電容器更適合于干擾濾波。
28.為什么說(shuō)穿心電容是干擾濾波的理想器件?
答：穿心電容是一種三端電容，但與普通的三端電容相比，由于它直接安裝在金屬面板上，因此它的接地電感更小，幾乎沒(méi)有引線電感的影響，另外，它的輸入輸出端被金屬板隔離，消除了高頻耦合，這兩個(gè)特點(diǎn)決定了穿心電容具有接近理想電容的濾波效果。
29.電磁干擾抑制用的磁芯與傳統(tǒng)上用做電感的磁芯有什么不同，當(dāng)將兩者用錯(cuò)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?
答：傳統(tǒng)上用做電感磁芯的材料具有很小的損耗，用這種磁芯作成的電感損耗很小。而電磁干擾抑制用的磁芯損耗很大，用這種磁芯制作的電感具有很大的損耗，其特性更接近電阻。當(dāng)將兩者用錯(cuò)時(shí)，均達(dá)不到預(yù)期的目的。如果將電磁干擾抑制用的磁芯用在普通電感上，電感的Q值很低，會(huì)使諧振電路達(dá)不到要求，或?qū)π枰獋鬏數(shù)男盘?hào)損耗過(guò)大。如果將普通制作電感用的磁芯用在電磁干擾抑制的場(chǎng)合，則由于電感與電路中的寄生電容會(huì)發(fā)生諧振，可能使某個(gè)頻率上的干擾增強(qiáng)。
30.若一個(gè)旁路濾波電容的容量為470pf，兩根引線的長(zhǎng)度均為2mm，這個(gè)電容在什么頻率上濾波效果*好(提示：引線的電感按1nH/mm估算)?
答：當(dāng)電容發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，其阻抗*小，具有*好的濾波效果。這個(gè)電容的諧振頻率為
f= 1/ [ 2p ( L C ) 1/2 ] = 1/ [ 2 ′ 3.14 ′ ( 4 ′ 10-9 ′ 470 ′ 10-12 ) 1/2 ] = 116MHz
因此，這個(gè)電容 在116MHz的頻率處濾波效果*好。
31.用在外拖電纜上的信號(hào)線濾波器額定工作電壓為什么*好大于200V(盡管一般電纜中傳送的信號(hào)電壓僅幾V或十幾V)?
答：因?yàn)橥馔想娎|上會(huì)受到幅度很高的浪涌、靜電放電等瞬間高壓干擾的沖擊，濾波電容的耐壓要能夠承受這些高壓的沖擊。
32.什么是共模扼流圈，怎樣繞制?
答：僅對(duì)共模電流有電感作用的扼流圈稱為共模扼流圈。共模扼流圈的繞法是使兩根導(dǎo)線上的差模電流在磁芯中產(chǎn)生的磁力線方向相反，從而能夠相互抵消。當(dāng)電壓較高時(shí)，去線和回線要分開繞，以保證足夠的絕緣電壓。當(dāng)電壓較低時(shí)，可以雙線并繞。
33.當(dāng)設(shè)備電磁輻射超標(biāo)時(shí)，我們往往在電纜上套一個(gè)鐵氧體磁環(huán)。如果一臺(tái)設(shè)備的電磁輻射超標(biāo)，我們?cè)谠O(shè)備的一根電纜上套上一個(gè)鐵氧體磁環(huán)后，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有什么改善，這說(shuō)明什么問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)怎樣處理?
答：有兩種可能，一種是原來(lái)的共?；芈纷杩馆^高，共模扼流圈加入后所增加的阻抗與原來(lái)的回路阻抗相比很小，因此扼流圈的作用實(shí)際很小。另一種可能性是系統(tǒng)中還有其它輻射源，這根電纜的輻射減小量以分貝表示時(shí)其數(shù)值很小。如果屬于前一種情況，可以在電纜端口上使用旁路電容，減小共?；芈纷杩?，如果屬于第 二種原因，則需要檢查其它輻射源。
34.當(dāng)穿過(guò)面板的導(dǎo)線很多時(shí)，往往使用濾波連接器或?yàn)V波陣列板，在安裝濾波連接器或?yàn)V波陣列板時(shí)要注意什么問(wèn)題?
答：要在濾波連接器或?yàn)V波陣列板與機(jī)箱面板之間安裝電磁密封襯墊或用導(dǎo)電膠帶將縫隙粘起來(lái)，防止縫隙處的電磁泄漏。
35.在進(jìn)行電磁干擾問(wèn)題分析時(shí)，往往用什么定義來(lái)描述地線?
答：將地線定義為信號(hào)的回流線。
