探讨电磁干扰和射频干扰及其抑制措施

／RFI环境中的特性

无源元件的合理使用可减小EMI／RFI对电路或系统的影响，对于设计者，应对抗干扰的主要工具--无源元件有足够的了解，特别是它们的非理想作用。图2给出了无源器件在电路中的非理想特性。

图2、无源器件在电路中的非理想特性

可以看出，在很高频率时，导线变成了反射线，电容变成了电感，电感变成了电容，电阻变成了共振电路。在低频时，导线具有很低的电阻（＜0.0656Ω／m），但它的寄生电感约为0.079 nH／m，当频率大于13 kHz时，就变成了电感，由于电感的不可控性，最终使其变成一根发射线。根据天线理论可知，无端接的传输线将变成一个具有增益的天线。

4、低通滤波器在抑制EMI／RFI中的应用

低通滤波器是一种很早就被人们采用的干扰净化技术，对共模和差模噪声有较强的抑制作用。图3所示电路可用于防止模拟电路受EM场和RF场干扰。

图3、模拟电路防止RFI的技术原理

可以看出，干扰的耦合途径有信号输入、信号输出和电源供应三个点，所以采用0.1μF的高频陶瓷电容对所有的电源供应端进行退耦；采用截止频率高于信号带宽10～100倍的低通滤波器对所有的信号线进行滤波。

对于低通滤波器，必须保证在预期的最高频率段也是有效的，因为，实际的低通滤波器在高频时会出现泄露现象，如图4所示。这是由于寄生电容引起电感效率的损失，寄生电感引起电容效率的损失所造成的。对于低通滤波器（电感、电容组成），当输入信号频率比滤波器截止频率高100～1000倍时，就发生泄露现象。为此，一般不采用一级低通滤波器，而是分为低频带、中频带和高频带且每个频带单独设置滤波器，如图5所示。

图4、低通滤波器在100～1000f₃dB时的效率

图5、多级滤波器

图5中，低频带宽为10 kHz～1 MHz；中频带宽为1 MHz～100 MHz；高频带宽为100 MHz～1GHz。在低通滤波器中，如果存在任何对地阻抗，该阻抗便成为高频噪声的旁路路径，因此，滤波器的地应是宽频带且连接到低阻抗点或地线层上，以优化滤波性能。另外，高频电容的引脚应尽可能短，最好采用低电感表面贴片式瓷片电容。

5、电源线的EMI／RFI抑制对策

电源线的EMI／RFI是由瞬变电压引起的，因此，这类干扰的抑制对策主要是提高电路或系统对瞬变电压的适应能力。分析和实践证明下述措施对提高电源抗干扰能力是有效的。

（1）在电源引入端加混合电源瞬变保护网络。

如图6所示，气体放电管和大功率齐纳二极管提供差模与共模保护，在要求不高时，可用金属氧化物压敏电阻代替齐纳二极管。扼流圈用来吸收浪涌电流。

图6、混合电源瞬变保护网络

（2）利用变压器进行隔离。变压器对大于300ns的瞬变有很好的保护作用。但在具体应用中应注意，变压器的连接方式不同，所构成的保护模式也不同。一般由四种方式：1）采用无屏蔽的标准变压器，且次级与安全地相连以消除中性点与地之间的压差；2）采用单层法拉第屏蔽的变压器，屏蔽与安全地连接以实现共模保护；3）采用单层法拉第屏蔽的变压器，初级与中性线相连以实现差模保护；4）采用三层法拉第屏蔽的变压器，可实现差模、共模保护，并能消除中性点与安全地之间的压差。

（3）在电源的整流和稳压输出端除加有大电容低频滤波外，应并接低容量无感高频滤波电容器。其容量：
C＝ΔIΔl／Δu

式中ΔI--电源电流波动的峰值；Δl--电流脉动宽度；Δu--电源电压波动允许值。

（4）在每个电路模块上电源线走线在接法上使其终端形成闭环，否则，在电源线终端相当于开路时，高频干扰就会形成全反射，而使干扰信号成倍增加。

（5）尽量使电源线和地线平行走线，使电源线对地呈低阻抗以减小电源噪声干扰。最好使用双绞线馈电。

6、PCB设计中的EMI／RFI保护

印刷电路板上信号线的布设如何，将直接关系到系统对电磁干扰和电磁能辐射的灵敏度，一个不好的PCB设计很可能导致系统的EMC失败。高频噪声在PCB上可能耦合、辐射的途径有：电源线辐射、电源阻抗耦合、公共地阻抗耦合、I／O线的串扰与辐射。因此，在设计中，应从以下几个方面来考虑抑制EMI／RFI。

（1）如果条件允许，应尽可能采用低于实际要求速度的器件。因为，器件速度越高，EMI问题就越严重。对于纳秒级的器件，由于它们具有宽带宽，采样时钟和输入对任何形式的高频噪声都会响应。对于此类高速器件，可在其I／O端采用具有铁氧体芯电感的小型滤波器以降低对EMI／RFI环境的敏感度。如果是双极性供电，应在正、负供电线上均加铁氧体芯电感。

（2）电源层、地线层和信号层的合理设计。一个好的PCB布局应将关键的模拟信号路径与高频