第7章电磁骚扰的传输途径.ppt

第第7 7章章 电磁骚扰的传输途径电磁骚扰的传输途径骚扰源与敏感设备间的耦合途径骚扰源与敏感设备间的耦合途径外界电磁骚扰进入电子设备并干扰其中的敏感电路外界电磁骚扰进入电子设备并干扰其中的敏感电路的途径有：的途径有：(1)(1)电子设备的接收天线，以及具有天线效应的输电子设备的接收天线，以及具有天线效应的输入、输出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然入、输出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然的电磁波通道）；的电磁波通道）；(2)(2)经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系统，并以传导耦合的方式到达敏感器；统，并以传导耦合的方式到达敏感器；(3)(3)上述馈线、机壳和配电线在辐射来自外界或设上述馈线、机壳和配电线在辐射来自外界或设备本身泄漏的电磁波，并由该设备的天线所接收。备本身泄漏的电磁波，并由该设备的天线所接收。第第1 1节节 共模骚扰和共模骚扰和差模骚扰差模骚扰电磁骚扰源对设备的干扰分为共模骚扰和差模骚扰电磁骚扰源对设备的干扰分为共模骚扰和差模骚扰一、共模骚扰一、共模骚扰共模骚扰表现为出现在每个信号线上的对地骚扰电压相等。共模骚扰表现为出现在每个信号线上的对地骚扰电压相等。共模骚扰由信号线和地线之间的共模噪声电流引起。共模骚扰由信号线和地线之间的共模噪声电流引起。共模电流本身不会对电路产生影响，只有当共模电流共模电流本身不会对电路产生影响，只有当共模电流转换为差模电流，才会对电路产生影响。转换为差模电流，才会对电路产生影响。共模电流共模电流大小近似相等大小近似相等方向相同方向相同共模骚扰的产生共模骚扰的产生VICMICMVICM产生共模电流的原因产生共模电流的原因v外界电磁场在所有信号线上感应出等幅同外界电磁场在所有信号线上感应出等幅同相的电压，该电压产生共模电流；相的电压，该电压产生共模电流；v电缆两端所接的地电位不同引起地电压差，电缆两端所接的地电位不同引起地电压差，该电压产生共模电流；该电压产生共模电流；v信号线与地之间存在电位差，该电位差引信号线与地之间存在电位差，该电位差引起共模电流；起共模电流；v静电感应。静电感应。二、差模干扰二、差模干扰差模干扰作用时，干扰电压差动地出现在两个信号线差模干扰作用时，干扰电压差动地出现在两个信号线之间，与所加信号相同的方式存在于信号电路中。之间，与所加信号相同的方式存在于信号电路中。差模电流和信号电流往返路径一致，很难消除。差模电流和信号电流往返路径一致，很难消除。差模电流大小相等，方向相反差模电流大小相等，方向相反产生差模电流的原因产生差模电流的原因v外界电磁场在信号线和信号地线之间直接外界电磁场在信号线和信号地线之间直接感应出差模电流；感应出差模电流；v来自电网中其它设备的干扰电流，如感性来自电网中其它设备的干扰电流，如感性负载的通断；负载的通断；v共模电流转换为差模电流。共模电流转换为差模电流。共模和差模电流的区分共模和差模电流的区分 21212121CCDCDCIIIIIIIIII电流钳工作原理和结构电流钳工作原理和结构三、共模干扰和差模干扰扰的转换三、共模干扰和差模干扰扰的转换通常由于电路结构的不平衡，通常由于电路结构的不平衡，共模骚扰电流会转换为差模骚扰电流。共模骚扰电流会转换为差模骚扰电流。21ZZ 第第2 2节节 公共阻抗公共阻抗耦合耦合传导耦合传导耦合是指干扰源的电磁能量以电压或电是指干扰源的电磁能量以电压或电流的形式通过金属导线、电阻、电容及电感流的形式通过金属导线、电阻、电容及电感而耦合至弱电系统。它又可分为公共阻抗耦而耦合至弱电系统。它又可分为公共阻抗耦合、电感性耦合和电容性耦合。合、电感性耦合和电容性耦合。耦合耦合电磁装置或系统与其它系统间的无电磁装置或系统与其它系统间的无意的相互作用和影响可以用意的相互作用和影响可以用“耦合耦合”来描述。来描述。一、公共阻抗耦合一、公共阻抗耦合公共阻抗耦合是由于骚扰源与受害者共用一个线公共阻抗耦合是由于骚扰源与受害者共用一个线路阻抗而产生的。共用电源线时称为共电源阻抗路阻抗而产生的。共用电源线时称为共电源阻抗耦合，共用地线时称为共地阻抗耦合。耦合，共用地线时称为共地阻抗耦合。共电源阻抗耦合共电源阻抗耦合LjUUisAB当两个或多个电路共用地线时，将产生共地线阻当两个或多个电路共用地线时，将产生共地线阻抗耦合。一个电路的电流通过公共地线阻抗在另抗耦合。一个电路的电流通过公共地线阻抗在另一个电路上出现干扰电压。一个电路上出现干扰电压。共地线阻抗耦合共地线阻抗耦合公共阻抗耦合-地线问题电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V改进1改进2第第3 3节节 近场耦合近场耦合近场和远场区分：近场和远场区分：准则电小尺寸场源：2准则、工程应用：103222Dr 天线的辐射近场：电感性耦合和电容性耦合-导线之间的串扰MCICICILILRSRLR2GR2LmVGIGVS1.容性耦合容性耦合容性耦合：导体上的交流电压产生电场，这个电容性耦合：导体上的交流电压产生电场，这个电场与临近的导体耦合，并在其上感应出电压。感场与临近的导体耦合，并在其上感应出电压。感应电压为：应电压为：式中，式中，C CC C 是耦合电容，是耦合电容，ZinZin 是敏感电路的对地阻抗。是敏感电路的对地阻抗。C CC C 的值的值与导体之间距离、有效面积以及有无电屏蔽材料有关。与导体之间距离、有效面积以及有无电屏蔽材料有关。容性耦合随导体间的距离增加而减小容性耦合随导体间的距离增加而减小近似公式为两根平行导体之间的电容耦合及其等效电路为两根平行导体之间的电容耦合及其等效电路低频高频1212122)C(1URCjRCjUG1122RUCjU112212222UCCCXXXUCmCC精确公式电容性耦合的抑制措施电容性耦合的抑制措施v针对干扰源和被干扰对象减小干扰源的电压变化的幅度和速率被干扰对象具有低阻抗和高信噪比两个系统的结构尽量紧凑，在空间上彼此隔开v针对减小电容耦合的措施导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线采用电屏蔽采用电屏蔽采用对称性结构（多芯导线相互绞合），抵消耦采用对称性结构（多芯导线相互绞合），抵消耦合的干扰信号合的干扰信号GSRSGSRSGSRSFENEFENEGGSRSGSRSCAPFECAPNECCCCCCRRRRRVCRCjCRCjVV/1/0CAPFECAPNEVV屏蔽层接地屏蔽层接地屏蔽电缆减小容性耦合屏蔽电缆减小容性耦合对称性结构抑制电容性干扰对称性结构抑制电容性干扰2、感性耦合、感性耦合感性耦合：当一个回路的电流变化时会产生磁场，这感性耦合：当一个回路的电流变化时会产生磁场，这个磁场将与临近的导体耦合，在其上感应出电压。感个磁场将与临近的导体耦合，在其上感应出电压。感应电压的幅值与回路面积成正比。感应电压为：应电压的幅值与回路面积成正比。感应电压为：dtMdIVLN/式中，式中，M M为互感，取决于骚扰源和受害电路的环路面积、为互感，取决于骚扰源和受害电路的环路面积、方向、距离，以及两者之间有无磁屏蔽。方向、距离，以及两者之间有无磁屏蔽。互电感定义与计算定义：定义：自感自感L 1 /I1 ，互感互感 M 12 /I1 1 是电流是电流I1在回路在回路1中产生的磁通，中产生的磁通，12 是电流是电流I1在回路在回路2中产生的磁通中产生的磁通回路回路1回路回路2aba M=（/2 ）lnb2/（b2-a2）*lMRL2Rs2R1RR2R1I1VNI1VNV1V1两根平行导体之间的电感耦合及其等效电路两根平行导体之间的电感耦合及其等效电路12222SLj MIIRRj L1222SLj MIIRR21MIIL低频高频dtdIMMIdtddtdVN1112)(1IMjVN电感性耦合的抑制措施电感性耦合的抑制措施v针对干扰源和被干扰对象减小干扰源的电流变化的幅度和速率被干扰对象具高阻抗和高信噪比两个系统的结构尽量紧凑，在空间上彼此隔开v针对减小电感耦合的措施导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线、减小导线尽量短、间隔尽量大、避免平行走线、减小电流回路所围成的面积电流回路所围成的面积采用磁屏蔽（使用屏蔽电缆）采用磁屏蔽（使用屏蔽电缆）采用结构平衡措施（双绞线，磁场去耦合）采用结构平衡措施（双绞线，磁场去耦合）接收双绞线对磁场耦合的影响接收双绞线对磁场耦合的影响屏蔽电缆减小感性耦合屏蔽电缆减小感性耦合SHSHSHGGRNEFEFEINDFESHSHSHGGRNEFENEINDNESHRSGSGRLjRRILjRRRVLjRRILjRRRVLLLL屏蔽层两端不接地屏蔽层两端不接地屏蔽层两端接地屏蔽层两端接地ffshGmILjGmVCjdtdILGmdtdVCGm3.感性-容性耦合模型时域频域感性-容性频域耦合模型计算公式总耦合电容总互电感lCClLLmm00GmFENEFENEGmFENEFEFEGmFENEFENEGmFENENENEVCjRRRRILjRRRVVCjRRRRILjRRRVSLSLGSLSGVRRRVVRRI1LSmLFENEFENECAPLSmFENEFEINDLSmLFENEFENECAPLSmFENENEINDRRCRRRRRMRRLRRRMRRCRRRRRMRRLRRRMFEFENENE耦合系数耦合系数 磁场和电场耦合的等效电路之间的差异决磁场和电场耦合的等效电路之间的差异决定了电路负载电阻的变化引起的结果是不同定了电路负载电阻的变化引起的结果是不同的。电场耦合随的。电场耦合随R RL L增加而增大，而磁场耦合增加而增大，而磁场耦合随随R RL L增加而减小。增加而减小。磁场耦合对低阻抗电路的影响更大，而电磁场耦合对低阻抗电路的影响更大，而电场耦合对高阻抗电路影响更大。场耦合对高阻抗电路影响更大。结结 论论第第4 4节节 辐射（远场）耦合辐射（远场）耦合辐射耦合辐射耦合：当距离干扰源为远场强时，干扰：当距离干扰源为远场强时，干扰以空间电磁波的形式耦合到受感器，这种传以空间电磁波的形式耦合到受感器，这种传输方式称为辐射耦合。输方式称为辐射耦合。一、差模辐射一、差模辐射电缆中两根靠近的导线传输差模电缆中两根靠近的导线传输差模(去和回去和回)信号电流。信号电流。辐射场可以耦合到这个系统，并在两根电线之间产生辐射场可以耦合到这个系统，并在两根电线之间产生差模干扰；同样，差模电流自身产生辐射场。地参考差模干扰；同样，差模电流自身产生辐射场。地参考面面(可以是设备外部，也可以是设备的支撑结构可以是设备外部，也可以是设备的支撑结构)在耦在耦合中不起作用。合中不起作用。121212122222sin/2222()()22.120.2.sin()22120sin()120jkrjkrjkrssjkjkjkrjkrjkrIdlkEerILkILkEEEeerrILkILkeeeeerrILsEkrILsrAIr差模电流辐射模型差模电流辐射模型有反射面存在时，上述预测公式为：有反射面存在时，上述预测公式为：rIlsfE1)(10316.1214rAIfE1)(10632.2214自由空间时，上述预测公式为：自由空间时，上述预测公式为：差模电流辐射模型差模电流辐射模型22120AIEr应用条件：应用条件：14l差模辐射分析差模辐射分析1.根据发射限值设计最大环路面积根据发射限值设计最大环路面积2.环路电流的确定方法环路电流的确定方法3.脉冲信号产生的辐射脉冲信号产生的辐射1.谐波电流频谱包络谐波电流频谱包络2.差模辐射频谱包络差模辐射频谱包络3.时钟频率与上升沿时间对最大辐射发射的影响时钟频率与上升沿时间对最大辐射发射的影响0+10+20+30+40+50+60+70+116.9 36.7 39.3 36.5 13.435.639.3 37.4 326.4 37.7 39.2 35 19.436.939.3 36.3 530.7 38.5 38.9 33 27.337.939.2 34.7 733.4 39 38.4 30.1 31.238.638.8 32