电磁干扰基本概念汇总

1、1电磁干扰基本概念在复杂的电磁环境中，任何电子及电气产品除了本身能够承受一定的外来电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI ）而保持正常工作外，还不会对其他电子及电气设备产生 不可承受的电磁干扰，该产品即具有电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC ） 1。21世纪将是信息爆炸的时代，信息的产生、传递、接收、处理和储存等都需要依赖电磁波作为载体。广义地说，声波、无线电波、光波均可作为信息载体，因此，广义的电磁兼容性 概念也应拓展到声、光、电的广阔领域。电子及电气产品的电磁干扰发射或受到电磁干扰的侵害都是通过产品的外壳、交/

2、直流电源端口、信号线、控制线及地线而形成的。按照EMI的传播方式，可将其分为电磁辐射干扰和电磁传导干扰两大类。通常，辐射干扰出现在产品周围的媒体中，传导干扰则出现在各种导体中。一般来说，通过外壳发射的电磁干扰，或通过外壳侵入的干扰都是辐射干扰，而通过其它导体发射和入侵的干扰属于传导干扰。2人类必须关注电磁兼容问题2.1电磁环境不断恶化 20世纪中叶以来，电子技术的迅猛发展，使人类社会的进步和文明上了一个新的台阶，但是也给人们带来了一系列社会问题和环境问题。家用电器、通信、计算机及信息设备、电动工具、航空、航天等工业、科技、医学等各个领域的自动控制、测量仪器以及电力电子系统 等的广泛普及、应用，

3、深入千家万户之中，使得电磁污染问题日益突出，而电子设备的高频 化、数字化，干扰信号的能量密度增大，使有限空间内的电磁环境更为恶化。1996年3月，日本SAPIO杂志公布了日本家用电器电磁辐射的检测结果（表1）。瑞典等北欧三国于1993年所作的联合调查指出：人类长期受到2mG （毫高斯）以上的电磁辐射影响， 患白血病的机会是正常人的 2.1倍，患脑肿瘤的机会是正常人的1.5倍，其他疾病的发病概率也明显增加。表1家用电器电磁辐射检测结果（单位：mG） 2表L家用电科电琲辐射检瑚術果单也 mG）【刃卿刖呈辐射屋瑶射量12020023302006204010020701G20VCD10无咬电话机200

4、电动制涣刀1002.2电磁污染危害不浅电磁干扰和污染看不见、摸不着、听不到，因其无色、无味也无形，但它确实无处不在、危 害不浅， 威胁人体健康。 德国专家指出， 电磁污染能影响对人体生物钟起作用的激素和传达 神经信息的激素， 还能破坏细胞膜； 美国科学家的研究表明， 电磁污染可直接杀伤人体细胞 DNA ，促使基因突变而致癌；英国曼彻斯特大学的研究表明，女性每天操作电脑 6 小时， 其内分泌会发生紊乱，连续操作电脑4小时，会使视力下降、近视；加拿大渥太华总医院8名从事电视屏终端操作的妇女竟有7 人次怀上畸形胎儿。 前苏联国际象棋特级大师尼古拉与一台超级电脑下棋时，连胜三局后突然死亡，其杀手就是电

5、脑发射的电磁波。1989 年，日本一家工厂发生了机器人将一名维修工强行塞入机器中绞死的事故，调查证实是电磁干扰信号更改了机器人的程序所致。今年我国山西一名旅客在飞机即将在北京机场降落时使用“大哥大 ”，导致飞机偏航而被判刑并处罚款，可见电磁污染就在你我身边。2.3 EMC 问题正在规范化EMC 问题，实际上是电子、电气设备和系统的干扰和抗干扰问题。一方面，电子设备和系 统本身抗 EMI 能力要达到一定的标准，另一方面，它对周边的 EMI 必须限制在一定程度。 早在 50 年代，美国军方首先研究、制定了一些 EMC 标准，经过二十多年的大量研究，到 80 年代已形成军用 MIL F15773 无

6、线电干扰总规范和民用 FCC 标准两大系列；德国制定了 VDE 标准，并被作为欧洲共同体 EMC 标准的基础， 1993 年已开始强制执行；日本和前苏联也相继制订了各自的 EMC 标准；韩国从 1993 年开始执 行EMC国际标准。我国于 1998年起推行EMC标准（已发布 47个），并从2000年1月1 日起强制执行。届时达不到 EMC 标准的电子产品包括家用电器将不准生产和销售，当然更 无法进入欧美等国际市场。2.4 信息安全不可忽视信息电子战将成为 21 世纪高技术战争的主要内容之一。一方面，军事电子装备和作战武器 平台必须具有强有力的抗干扰性能和隐身性能； 另一方面， 自身的信号辐射、

7、 泄漏应尽可能 降低，以保证军事信息的安全性。此外， 随着经济全球化进程的加速， 大至一个国家，小至一个企业，经济信息的安全性也已 经提高到十分重要的地位。尤其是财政、金融、计划等要害部门更是如此。为了改善人类的生活环境、提高人们的生存质量、发展经济、扩大出口、增强综合国力、实 现科技强军，我们都应当十分关注 EMC 问题。3 EMI 抑制技术的主要内容 33.1 抗 EMI 系统设计技术抗 EMI 系统设计技术是提高电子整机 EMC 性能的关键所在。因此该技术又称为 EMC 设计 技术。EMC 设计的目的是使电子、电气产品在一定的电磁环境中能正常工作，既满足标准规定的 抗干扰极限值要求， 在

8、受到一定的电磁干扰时， 无性能降级或故障； 又满足标准规定的电磁 辐射极限值要求，对电磁环境不构成污染源。因此， EMC 是产品的重要性能之一，也是实 现产品效能的重要保证。EMC 设计要从分析产品预期的电磁环境、干扰源、耦合途径和敏感部件入手，采用相应的 技术措施， 抑制干扰源、 切断或削弱耦合途径，增强敏感部件的抗干扰能力等。并进行计算 机仿真和测试验证。EMC 设计技术包括系统设计、 结构设计、 材料和元器件的选取以及抗 EMI 元器件的使用等。 其中有源器件的选用十分关键。EMC设计技术在产品设计的初级阶段就应十分重视，尽可能把80%90%以上的问题解决在初级阶段。一旦产品批量生产了，

9、发现 EMC 问题再去解决，就会事倍功半。3.2 EMI 抑制材料技术3.2.1 屏蔽材料屏蔽就是利用材料的反射和 /或吸收作用，以减少 EMI 辐射。屏蔽材料的有效填置可减少或 清除不必要的缝隙， 抑制电磁耦合辐射， 降低电磁泄漏和干扰。具有较高导电、导磁性能的 材料可作为电磁屏蔽材料，一般要求屏蔽性能达4060dB。目前常用的屏蔽材料有金属材料和高分子材料两大类。金属材料按用途又可分为衬垫屏蔽材料和透气性屏蔽材料两种。任何实用的机箱都会有缝 隙，由于缝隙的导电不连续性， 在该处即产生电磁泄漏。 解决的办法是在非永久性搭接处加 电磁密封衬垫。 如金属丝网衬垫、导电橡胶衬垫、 铍铜指形簧片、

10、螺旋管衬垫及橡胶芯衬垫 金属丝网等。 任何机箱为了散热透气往往开有小孔， 因此引发电磁泄漏， 用金属丝网难以 达到完全屏蔽效果， 需采用波导窗、 多层截止波导通风板和泡沫金属等以改善屏蔽效果。 由 铜或镍及连通的空洞组成、 空心金属骨架互连的三维网状结构金属泡沫作屏蔽材料，在10100MHz范围内，屏蔽性能达 90dB，且重量轻、体积小，是很有前途的屏蔽材料。高分子材料主要包括导电塑料、导电涂料和表面导电材料，此外还有导电玻璃和导电膜片； 与金属材料相比，它们具有重量轻、 易成型、 电阻率可调等特点。 导电塑料是将导电物质如 碳黑、金属粉或金属纤维掺杂于树脂中制成，屏蔽性能可达3080dB ;

11、导电涂料通常由 Ag、Ni、Cu或C导电物质作填料，与合成树脂、溶剂和添加剂一起，涂覆于塑料表面形成固化 膜，产生导电屏蔽效果，性能为 2060dB不等；表面导电屏蔽材料一般采用金属熔射、塑 料电镀、真空蒸发、贴金属箔等手段，使绝缘材料表面形成导电层，镀层最薄为25m,屏蔽性能可达45120dB，甚至更高。3.2.2 吸波材料吸波材料的主要功能是将干扰源所产生的电磁辐射能量转化为其它能量（主要是热能） 而耗散掉。根据损耗机理不同，可分为电阻型、电介质型和磁介质型三大类4。电阻型吸波材料主要有碳精粉、 石墨和 SiC 等，吸波能力主要取决于材料电阻率， 由于这种 材料吸收层厚度t与电磁波长 入成

12、正比，通常t = 0.6入故适合于高频段，若在 100MHz时 应用，材料厚度需达 1.8m。电介质型吸波材料有 BaTiO2、铁电陶瓷等高介电材料，能量衰减主要来自介电损耗，而介 电损耗与频率依赖关系较强，故吸收频带窄，且成本高，应用受到一定限制。磁介质型吸波材料主要为铁氧体， 利用铁氧体独特的复数磁导率产生的磁损耗机理， 吸收电 磁波，成本低廉，所以目前应用最为广泛。其中 MnZn 铁氧体 EMI 抑制材料主要用于低频， NiZn 铁氧体 EMI 抑制材料主要用于高频，而羰基铁、铁基、镍基磁介质则可在大电流情况 下应用，以解决铁氧体磁芯的磁饱和问题。3.3 EMI 抑制元器件技术3.3.1

13、 有源器件的开发与应用开发和应用有源器件， 要重点关注其电磁干扰发射和电磁敏感度这两项技术指标。 有源模拟 器件的敏感度取决于灵敏度和带宽， 而灵敏度以器件的固有噪声为基础； 逻辑器件的灵敏度 取决于直流噪声容限和噪声抗扰度。 有源器件有两种电磁发射源： 传导干扰和辐射干扰。 传 导干扰通过电源线、 接地线和互连线进行传输， 并随频率增高而增大； 辐射干扰通过器件本 身或连线向外发射， 并随频率的平方而增大。 瞬态地电流是上述两种干扰的初始源， 良好接 地和各种去耦方式是减小地电流的主要手段。逻辑器件的翻转速度快， 所占频谱越宽， 因此，在保证功能的前提下， 不可过分追求响应速 度。数字电路的

14、干扰频谱很宽， 是电子和电气设备中的重要干扰源， 其电磁辐射可分为共模 和差模两种形式。工作频率越高，辐射能量就越大；信号电平越高，辐射干扰就越强。为了 控制差模辐射， 必须将印制电路板上信号线、 电源线和它们的回线紧靠在一起， 以减少回路 面积； 为了控制共模辐射， 可使用栅网地线或平面接地等良好接地方式， 也可采用共模扼流 圈。3.3.2抗EMI器件的开发与应用具有良好屏蔽和接地措施的电子、电气产品，也仍然会有电磁干扰，此时应当合理选用抗EMI 元器件。抗 EMI 器件的种类很多，滤波是压缩干扰频谱的基本手段，抗 EMI 滤波器是 EMC 技术的基础元器件之一，功能独特、门类繁多，在此仅举

15、几例。(1) 信号线滤波器这是一类用于信号线的低通滤波器， 用来滤除高频干扰成分。 主要有线路板滤波器、 屏蔽壳 体馈通滤波器和连接器滤波器、滤波器阵列板等，通常由EMI磁芯和电容器组成 n型或L型滤波网络。(2) EMI 抑制器抗EMI铁氧体的重要参数为磁导率和饱和磁通密度 Bs。可表示为复数，实数部分表征电感，虚数部分构成磁损耗。其等效电路由电感 L 和电阻 R 组成， L、R 均为频率的函数。 低频时 R 很小， L 起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；高频时 R 增大，电磁干扰被 吸收并转换成热能。这类 EMI 抑制器实际上也是一种低通滤波器，目前已被广泛用于印制 板、电源线和信号线

16、上，不但抑制高频干扰和尖峰干扰，也具有吸收静电放电脉冲的能力。（3）电源线滤波器电源线是电磁干扰出入电子、 电气设备的主要通道， 电源线滤波器只允许电源频率通过， 高 于电源频率的干扰信号将受到衰减和抑制。 由于火线、 零线回路中的干扰为差模干扰， 而火 线、零线与地线回路中的干扰为共模干扰， 电源线滤波器对这两种干扰信号的滤波器效果是 不同的，所以往往需要区别对待。3.4 EMI 测试技术严格按照国际、国内相关 EMC 标准，对系统整机、部件、元器件和材料进行 EMI 测试、验 证是 EMC 技术创新的关键。前不久，上海建成了华东地区第一个按 90 年代新工艺、新标 准设计的 EMC 实验室

17、，采用高性能铁氧体吸波材料组装成微波暗室及一系列屏蔽实验室， 可对电子产品的静电、群脉冲、浪涌、磁场、谐波、传导发射等EMC 技术指标进行测量、评估 5 。只有解决了 EMC 测试问题， 才能更好地开展电子、 电气产品的科研、 生产、销售、 应用、服务，同时可对 IT 产品的进出口业务实施有效监督。4强化管理，大力推广EM I抑制技术4.1 必要性EMI 抑制技术是军民兼用的高新技术，又与人类的健康和生活质量密切相关，国外经过三 四十年的发展，已形成了 EMC 产业。美、日等国仅 EMI RFI 铁氧体抑制元器件专业生产 厂商就有 20 家以上， TDK 公司现有抗 EMI 铁氧体元、器件 2

18、3 个系列， 71 种产品；美国 Filter Concepts 有 19个系列 90个品种，并进一步向微型化、片式化发展，其中EMI 电源滤波器和EMI电磁滤波器工作频带极宽（30kHz10GHz）,阻带抑制达100dB以上。随着技术上的不断突破，国内 EMC 产业正在形成中。此外，港台厂商积极进军大陆市场， 也推动了国内 EMI 抑制技术的发展，促进了符合 EMC 国际标准的电子产品的出口。因此， 强化管理，大力发展我国 EMI 抑制技术，并使之产业化，实属大势所趋，势在必行。4.2 建立科学的管理体系4.2.1 政府宏观管理EMI 抑制技术的不断创新是发展我国 EMC 高新技术产业的核心。政府一方面要加快 EMC 国家标准（包括强制性标准）和法规的制订、贯彻，尽快与国际接轨；另一方面要加强宏观 指导，积极扶持 EMC 产业的快速发展， 引导更多的企事业单位从事 EMI 抑制技术的开发与 应用，制订相关产业政策，重点建设若干个 EMC 产业示范基地，对共性技术给予足够的重 视和关注，并建立必要的技术创新激励机制。4.2.2 行业协调管理积极利用中