《电磁兼容原理及应用教程》课件第三章.ppt

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1、第3章 电磁环境及电磁污染途径,3.1 自然电磁环境 根据电磁波产生的机理不同，我们一般将电磁干扰划分为自然电磁干扰和人为电磁干扰两种。非人为因素产生的电磁波，构成了电磁环境的一部分，我们把这部分电磁波所形成的电磁环境称为自然电磁环境。在自然电磁环境中，静电、雷电和自然辐射是3种最重要的电磁干扰。,3.1.1 静电 静电的形成 物质都是由分子组成，分子又是由原子组成，原子由带负电荷的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数相同，正负电荷平衡，对外表现出不带电的现象。如下图所示，绕原子A的原子核旋转的电子，在外力的作用下，离开原来的原子A而侵入其他的原子B。A原子因缺少电

2、子数而呈带正电现象，称为阳离子，B原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。当外力持续作用时，阳离子和阴离子的分布会变得越来越不均匀，对外将表现为带电现象。,当两个不同的物体相互接触时，就会使得一个物体失去一些电子(如电子转移到另一个物体)而带正电，另一个得到一些剩余电子的物体则带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。,所以物体与其他物体接触后再分离，就会带上静电。在日常生活中，脱衣服产生的静电也是因为“接触分离”而产生的。 常见材料的摩擦起电序列为：人体、玻璃、云母、聚酰胺、毛织品、毛皮、丝绸、铝、纸、棉花、钢铁、木头、硬橡胶、聚脂薄膜、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙

3、烯(PVC)。在这个序列表中，两种材料相差间隔越大，摩擦起电就越容易。但并不是说，摩擦起电越容易，材料表面积累的静电荷就越多。摩擦起电引起的电荷积累还有一些其他条件的限制，比如两种材料接近的紧密程度、分离的速率、湿度及两材料的导电性等。,潮湿的空气也是正负电荷中和的路径。人体是良好的静电载体，能够通过摩擦起电充电到几千伏。通过人的活动，这些不受欢迎的静电荷就会被带到一些敏感区域晃来晃去。这些大量的静电一旦找到合适的放电路径，就会产生放电现象。,静电的放电与人体放电模型 当人体接近导电物体时(最坏的情况是接触到一个金属物体，例如仪器外壳、集成电路的管脚等)，如果空气气隙上的电位梯度足够高，电荷会

4、以火花的形式转移到那个物体上。电荷转移中的能量既可能低得不易察觉，也可能造成十分疼痛的感觉。因人体放电而产生的放电电流波形由十分陡(毫微秒级)的前沿和较慢的放电曲线组成。手或金属的放电电流波形的特性是接近速度、电压、电极的几何形状和相对湿度等参数的函数。,图中： CR人体和大地之间的电容。 RR人体的电阻。,LR人体的电感。 CS人手臂与大地之间的电容。 Co1人手臂与金属体之间的电容。 RS人手臂放电路径的电阻。 LS人手臂放电路径的电感。 Co2人手、手指与金属体之间的电容。 CJ金属体与大地之间的电容。 RJ金属体的接地电阻。 LJ金属体的接地电感。,人体静电放电的过程受很多因素影响，具

5、体的放电过程也因各种分布参数的不同而不同。典型的人体静电放电电流波形如下图所示。,在这个波形中，低频成分转移的电荷比高频成分多，但是高频成分会产生更强的场，对电路的危害也最为明显。由实验得出的各个参数的范围如下： Tr(上升时间)=200ps100ns Ts(尖峰宽度)=0.5ns10s Tt(持续长度)=100ns2ms 静电放电过程的不同不仅表现在电流波形在时间特性上差异很大，而且幅度也会在1A200A范围内变化。,正是由于不同条件下静电放电的特性差异很大，所以电子设备对静电放电的响应很难预测。所幸的是，我们可以用统计的方法来处理这个问题。一定要记住的一个事实是，静电放电时产生的能量很大，

6、频率很高(有时高达5GHz)。,静电的危害 静电场的强度取决于充电物体上的电荷数量和与它的电荷量不同的物体之间的距离。人体上的电压通常会达到8kV10kV，有时电压会更高，达到12kV15kV。许多文献上称，人体的电压可以达到30kV。但这是假设身体的最小辉光放电半径为1cm时推断的。实际上，人体上许多部位的辉光放电半径小于1cm，因此在通常条件下是不会出现这么高电压的。人体上的最高电压应该是20kV左右。,如果一个元件的两个针脚或更多针脚之间的电压超过元件介质的击穿强度，就会对元件造成损坏，这是MOS器件出现故障最主要的原因。MOS器件的氧化层越薄，元件对静电放电的敏感性也越大。由静电引起的

7、MOS器件故障通常表现为元件本身对电源有一定阻值的短路现象。对于双极性元件，损坏一般发生在薄氧化层隔开的已进行金属喷镀的有源半导体区域，静电引起的击穿会产生电流严重泄漏的路径。,另一种故障是由于节点的温度超过半导体硅的熔点(1415)时所引起的。静电放电脉冲的能量可以产生局部发热，使半导体局部熔断损坏。即使静电产生的电压低于介质的击穿电压，也会发生这种故障。一个典型的例子是，NPN型三极管发射极与基极间常会因静电而产生击穿，击穿后电流增益急剧降低。 器件受到静电放电的影响后，也可能不立即出现功能性的损坏。这些受到潜在损坏的元件通常被称为“跛脚”，一旦加以使用，将会对以后发生的,静电放电或传导性

8、瞬态表现出更大的敏感性。整体的性能表现为电子设备的性能越来越差，直至完全损坏。 要密切注意元件在不易察觉的放电电压下发生的损坏，这一点非常重要。人体有感觉的静电放电电压为3000V5000V，然而，元件发生损坏时的电压仅几百伏。这势必会对电子电路的性能产生影响。相对于自然界的静电来说，电子器件是非常娇贵的，正是基于这一因素，是否采取了防静电措施是衡量电子器件质量好坏的一个非常重要的指标。,设备漏电，尤其是不会对人造成触电伤害的微弱漏电虽然不属于静电放电现象，但其性能却与静电放电类似。虽然大多数情况下人们几乎感觉不到设备漏电，但由于其普遍性(任何电器设备多少总有些漏电)和高内阻的特点，产生幅度接

9、近于电源电压(100400V),时间很短的尖峰电脉冲，仍足以对静电敏感器件造成电气过载(EOS)损害。所以一般将设备漏电也纳入静电防护体系中来考虑。 静电放电(ESD)及电气过载(EOS)对电子元器件造成损害的主要机理有：热二次击穿、金属镀层熔融、介质击穿、气弧放电、表面击穿和体击穿等。,正确地进行静电防护是电子工程师和电气工程师的一个非常重要的课题。在一些设备比较完善的生产车间、比较重要的机房等场合，这一问题已经得到了足够重视。许多防静电产品已经大量进入市场。常见的防静电产品有防静电地板、防静电服装、防静电护腕。但仅仅装备了一些防静电的设备或采取了一些防静电的措施往往是不够的，最为重要的是，

10、相关的工作人员一定要树立起防静电意识，否则，真正的防止静电的损坏是无从谈起的。,3.1.2 雷电 雷电的形成 人们通常把发生闪电的云称为雷雨云，其实有几种云都与闪电有关，如层积云、雨层云、积云和积雨云，最重要的是积雨云，一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。 云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件，其主要方式有：,(1) 水汽含量不变，空气降温冷却； (2) 温度不变，增加水汽含量； (3) 既增加水汽含量，又降低温度。 但对云的形成来说，降温过程是最主要的过程。而降温冷却过程中又以上升运动而引起的降温冷却作用最为普

11、遍。 积雨云是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。由于地面吸收太阳的辐射热量远大于空气层，所以白天地面温度升高较多，夏日这种升温更为明显，近地面的大气的温度由于热传导和热辐射也跟着升高，气体温度升高必然膨胀，密度减小，,压强也随着降低，根据力学原理它就要上升，上方的空气层密度相对说来就较大，就要下沉。热气流在上升过程中膨胀降压，同时与高空低温空气进行热交换，于是上升气团中的水汽凝结而出现雾滴，就形成了云。在强对流过程中，云中的雾滴进一步降温，变成过冷水滴、冰晶或雪花，并随高度逐渐增多。在冻结高度(-10)，由于过冷水大量冻结而释放潜热，使云顶突然向上发展，达到对流层顶附近后，向水平方向铺展，形成

12、云砧，是积雨云的显著特征。,积雨云形成过程中，在大气电场、温差起电效应和破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的雷电。当云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间被烧得灼热，温度高达600020000，所以发出耀眼的强光，这就是闪电，而闪道上的高温会使空气急剧膨胀，同时也会使水滴汽化膨胀，从而产生冲击波，这种强烈的冲击波活动形成了雷声。,雷击通常有3种形式：直击雷、感应雷和球形雷。直击雷是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围

13、由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应，发生高电压而发生闪击现象的二次雷，球形雷比较多见于山区，其登堂入室的报道常见于报端。,雷电的破坏作用 雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难。雷电具有以下几个特点：冲击电流非常大，其电流高达几万至几十万安培。持续时间短，一般雷击分为3个阶段，即先导放电、主放电和余光放电，整个过程一般不会超过60s。雷电流变化梯度大，有的可达10KA/s。冲击电压高，强大的电流产生交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。 雷电危害可分成直击雷、感应雷和浪涌3种。,在雷暴活动区域内，雷云直接通过人体、建筑物或设

14、备等对地放电所产生的电击现象，称为直接雷击。此时雷电的主要破坏力在于电流特性而不在于放电产生的高电位。雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力。 感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。,感应雷主要有两种：静电感应雷和电磁感应雷。 静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场E将会在架空明线上感生出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或对

15、云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了(严格说是大大减弱)，于是在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击，从而对电器设备产生不同程度的影响。,电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上(由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了)，对用电设备造成极大危害。 最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通信线路中感应的电流浪涌引起的。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入

16、电脑设备，我们就这两方面分别介绍如下：,(1)电源浪涌 电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌。电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距离几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压持续很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害。,(2)信号系统浪涌 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。排除这些干

17、扰将会改善网络的传输状况。,常见防雷产品 现代防雷产品种类繁多，大致可分为4大类： (1) 接闪器 避雷针是最早的接闪器，也是目前世界上公认的最成熟的防直击雷装置。避雷带、避雷网、避雷线是避雷针的变形，其接闪原理是一致的。 (2) 低压电源避雷器 信息产业部的分析统计表明：通信站80%的雷击事故是由雷电波侵入电源线造成的。因此，低压交流避雷器发展非常迅速，而以MOV材料为主的避雷器在市场上占有统治地位。,(3) 通信线路避雷器 通信线路避雷器的技术要求较高，因为除了满足防雷技术要求外，还须保证传输指标要求。加上与通信线路相连的设备耐压很低，对防雷器件的残压要求严格，因此在选择防雷器件时较困难

18、。 (4) 接地装置 接地是防雷的基础，标准规定的接地方法是采用金属型材铺设水平或垂直地极，在腐蚀强烈的地区可以采用镀锌和加大金属型材的截面积的方法抗腐蚀，也可以采用非金属导体做地极，如石墨地极和硅酸盐水泥地极。更合理的方法是利用现代建筑的基础钢筋做地极，有事半功倍之效。,3.1.3 自然辐射 自然辐射干扰源的种类非常多，主要有电子噪声、大地表面磁场、大地磁层、大地表面的电场、大地内部的电场、大气中的电流电场、闪电和雷暴的电场、太阳无线电辐射和银河系无线电辐射等。 电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接收机噪声系数的重要因素。常见的电子噪声源包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、l/f噪声和天线

19、噪声等。热噪声具有极宽的频谱，能量随温度而变化，温度越低，噪声越小。,电子噪声主要来自设备内部的元器件，是决定接收机噪声系数的重要因素。常见的电子噪声源包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、l/f噪声和天线噪声等。 在地球表面存在着地磁场，它是一种自然场。只要拿一枚小小的磁针就能观察到它的存在。根据观测已知，地磁场的场强分布基本上是轴对称的，磁轴和地轴不重合，它们之间偏移一个角度，称为磁偏角。磁极的位置是在缓慢周期性变化的，就现时而言，南极位于南极洲地区，北极位于北美洲。磁极处的场强最强，地磁赤道处的场强大约只有磁极处的一半。,在自然界电场中，不能忽视大气中因宇宙辐射和太阳活动而引起的自由电荷，由于

20、离子漂移而产生的离子，电导会随着高度上升而增加，再加上高度增加而大气密度减少，这样促使离子数增加，而它们的自由行程变长。当高度达到足够大时，电导就会增高到使大气层变成类似于导体的电离层，这就是在海拔高度500km处存在的大气电离层。由此人们可以设想地球和这个电离层组成一个巨大的球形电容器。 大气中的电荷在电场作用下沿电场方向移动，形成一个恒定的电流流入大地，从而把正电荷输送到大地上。对整个地球来说可产生1.5kA数量级的电流，因此地球很像一个巨大的发电机。,宇宙噪声主要来自太阳辐射和银河系无线电辐射。太阳辐射可分为热辐射和非热辐射两类，热辐射频谱从十几兆赫到30GHz，在太阳黑子剧烈活动期的辐

21、射强度比静止期大60dB。银河系无线电辐射频率在150MHz200MHz频段内。因此宇宙噪声在20MHz500MHz频率范围内影响相当明显。 由太阳飞出的带电粒子的辐射，不管是对地球上受太阳光照亮的半球，还是对黑暗的半球，即不管是在白天还是在黑夜，都能引起磁场的变化。由太阳飞出的带电粒子引起磁场的改变就是地球上的磁暴。,3.2 人工电磁干扰 3.2.1 辐射干扰源 辐射干扰是指以电磁波形式传播的干扰。这类干扰的能量是由干扰源辐射出来，通过介质(包括自由空间)以电磁波的特性和规律传播的。构成辐射干扰源有两个条件：一个是有产生电磁波的源泉；另一个是能把这个电磁波能量辐射出去。不是任何装置都能辐射电

22、磁波，其结构必须是开放式的，几何尺寸和电磁波的波长必须是在同一量级。,雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。 电磁辐射场区一般分为远区场和近区场。以场源为中心，在一个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；半径为一个波长之外的空间范围称为远区场，又称为辐射场。通常，对于一个固定的可以产生一定强度的电磁辐射源来说，近区场辐射的电磁场强度较大，所以，我们应该格外注意对电

23、磁辐射近区场的防护。,常见的信息辐射干扰源有发送设备、本地振荡器、非线性器件和核爆脉冲等。 1. 发送设备 发送设备通过发送天线辐射出去，有时通过编织屏蔽层和通风管道辐射出去，通过连接电缆向外辐射。雷达系统、电视和广播发射系统、射频感应及介质加热设备、射频及微波医疗设备、各种电加工设备、通信发射台站、卫星地球通信站、大型电力发电站、输变电设备、高压及超高压输电线、地铁列车及电气火车以及大多数家用电器等都是可以产生各种形式、不同频率、不同强度的电磁辐射源。,2. 本地振荡器 在多数设备中，主要的发射源是印制电路板(PCB)上电路(时钟、视频和数据驱动器，及其他振荡器)中流动的电流。来自PCB的辐

24、射发射可用载有骚扰电流的小环天线模型描述。小环是指其尺寸小于感兴趣频率的四分之一波长(/4)(例如75MHz为1m)。多数PCB环路当发射频率到几百兆赫时仍认为是“小”的。当其尺寸接近/4时，环路上不同点的电流相位是不同的，这个效应可在指定点上降低场强。当一个环路在地平面上时，在距环路10m处的最大电场强度与频率的平方成正比：,E=26310-12(f2AIS) V/m 式中：A是环路面积(cm2)，f是源电流IS(mA)的频率(MHz)。 在自由空间中，电场强度随着离源的距离按平方规律下降。 在大多数情况下，这些由本地设备的振荡电路产生的辐射干扰的总功率往往不是太大。但因为这些干扰源距离较短

25、，且与被干扰者处于相同的电磁环境，它们的影响往往不容忽视。在电子设备的设计与施工过程中，人们一般比较重视外来的电磁干扰对设备工作的影响，采取的措施也比较得当，但对本设备内部的干扰源往往重视不够。,3. 设备功能非线性产生的辐射 所谓设备功能非线性所产生的辐射干扰，指的是电路中器件工作在非线性状态时所产生的干扰。如丙类放大器、检波器、混频器等都工作在器件的非线性状态，它们的输出端将产生不希望有的谐波分量和互调产物。这些谐波分量和互调产物在电路中传导后，当辐射条件具备时，将以电磁波的形式向空中辐射。,4. 核电磁脉冲辐射 核电磁脉冲辐射是能量很大的一种特殊的辐射干扰源。爆炸核武器时，核辐射与周围环

26、境相互作用，使带电粒子强烈运动，由此产生核电磁脉冲。这种强脉冲的突出特点是：脉冲上升时间极短，仅有l0ns左右；频谱极宽，由超长波到微波波段的低端；脉冲的场强极强，电场强度为10V/m，磁场强度为100A/m；脉冲释放的能量极大，可为4109J。这样强大的核电磁脉冲所产生的干扰和破坏作用是极其严重的。,5. 电弧辐射 当开关、继电器触点开启和闭合时，触点间会产生电弧。特别是在驱动电感负载时，这种现象更为明显。一般环境条件下，在触点间加上超过300V电压时，将产生辉光放电。电弧产生的条件是非常容易满足的。电弧可以在5MHz200MHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。此辐射能量的峰值经常出现在25

27、MHz75MHz之间。当电弧产生时，电路常常会自激振荡。许多I/O电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果，电缆中便串入了大量的电弧辐射能量。,电弧与静电放电所产生的电磁辐射特性非常相似，区别在于，静电放电一般表现为高电压小电流，而电弧一般表现为低电压大电流。,3.2.2 传导干扰源 传导干扰指通过导体传播的干扰。传导干扰与辐射干扰的界限并不是非常明显，除频率非常低的干扰信号外，许多干扰信号的传播可以通过导体和空间混合传输。在某些场合，干扰信号先以传导的形式，通过导体将能量转移到新的空间，再向空中辐射。而在另一些场合，干扰信号先在空中传播，在其传播的过程中遇到导体，就会在导体中感应出干扰信号

28、，变成传导干扰，沿导体继续传播。,1. 传导干扰源 传导干扰源按带不带信息可以分为信息传导干扰源与电磁噪声传导干扰源两类。信息传导干扰源指的是带有信息的无用信号对电子设备产生的干扰。电磁噪声传导干扰源指的是不带任何信息的电磁噪声对电子设备的干扰。 下页表是常见的信息传导干扰源及产生这种干扰的原因。,表3.8是常见的电磁噪声传导干扰源及产生这种干扰的原因。,下表是常见的电磁噪声传导干扰源及产生这种干扰的原因。,2. 传导干扰源的频谱 任何种类的干扰都与干扰源的功率、频率有关。下表是常见传导干扰源的干扰频谱。测量表明，传导频谱由最低可测的频率到1GHz以上的频谱。通常情况下，传导干扰的频率最高为几

29、十兆赫以下，这是因为当频率升高时，由于导体损耗以及布线电感和分布电容的作用，使传导电流大大衰减。,目前，对电子设备影响最大的传导干扰要数通过供电线 路传导的干扰。这些干扰源通过电网可以将干扰信号传 播到非常广的范围。,3.3 电磁干扰三要素 理论和实验的研究表明，不管复杂系统还是简单装置，任何一个电磁干扰的发生必须具备3个基本条件：首先应该具有干扰源；其次有传播干扰能量的途径(或通道)；第三还必须有敏感器件。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。因此干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰的三要素。 下页图为电磁干扰三要素的示意图。,关于电磁干扰的传播途径一

30、般分成两种方式，即传导耦合方式和辐射耦合方式。敏感设备是被干扰对象的总称，它可以是一个很小的元件或者一个电路板组件，也可以是一个单独的用电设备，甚至可以是一个大系统。,在实际工作中，为了分析和设计用电设备的电磁兼容性，或为了排除电磁干扰故障，首先必须分清干扰源、干扰途径和敏感设备3个基本要素，干扰源和干扰途径尤其难以寻找和鉴别。在简单系统中，干扰源和干扰途径较容易确定，然而在现代电子设备的复杂系统中，干扰源和干扰途径并不那么一目了然。有时一个元器件，它既是干扰源，同时又被其他信号干扰；有时一个电路有许多个干扰源同时作用，难分主次；有时干扰途径来自几个渠道，既有传导耦合，又有辐射耦合，令人眼花缭

31、乱。,3.3.1 敏感设备的敏感度度量 由于敏感设备是以不同电路原理、不同结构和不同元器件构成的具体用电设备，它们受同一电磁干扰作用的响应程度差别很大，通常用敏感度来描述敏感设备对电磁干扰响应的程度。敏感度越高，表示对干扰作用响应的可能性越大，也可以说表明该设备抗电磁干扰的能力越差。不同敏感设备的敏感度值需要根据具体情况加以分析和实际测定。,在电磁兼容工程中，人们最关心的问题是敏 感设备受到干扰作用后是否影响了它的工作性能。人们把引起设备性能降低的最小干扰值称为敏感度门限值。显然，用电设备的灵敏度越高，对信号响应的电平越小，对电磁干扰作用影响性能的敏感度门限也就越低。 不同类型的敏感设备，其敏

32、感度门限的表达形式不一样，大多数是以电压幅度表示，但也有以能量和功率表示的，如受静电感应放电干扰的设备为能量型，受热噪声干扰的设备为功率型。,敏感度门限的概念在分析设计和预测电磁兼容性中是描述敏感设备电磁特性的重要参数。 电子设备是所有用电设备中性能优良、体积较小、应用广泛的一种，它对电磁干扰也比较敏感。它的敏感度主要取决于电子设备的灵敏度和频带宽度。一般认为电子设备的灵敏度Gv与敏感度Sv成反比，频带宽度B与敏感度Sv成正比。,模拟电路系统敏感度分析 对于模拟电路系统，敏感度表示为 式中，Sv为以电压表示的模拟电路敏感度； Nv为热噪声电压； B为电路的频带宽度； K为与干扰有关的比例系数。

33、 模拟电路的敏感度经常用分贝(dB)表示SdBV，其计算公式如下：,其中，GdBV是用分贝表示的设备灵敏度，一般灵敏度值比较小，多为毫伏级或微伏级数值。 数字电路系统敏感度分析 对于数字电路系统，敏感度表示为： 式中，Sd为数字电路敏感度； B为电路的频带宽度； Ndl为数字电路的最小触发电平。,一般数字电路的最小触发电平Ndl远比模拟电路的噪声电平要大得多，因此数字电路比模拟电路的敏感度值要小得多，说明数字电路有较强的抗干扰能力。 数字电路的敏感度也常以分贝(dB)表示，上式写为： 电子设备的敏感度可以在很大范围内变化，大致的数量概念在80dB230dB之间为多数。,一般将80dB230dB

34、的敏感度分成7类，小于80dB为极不敏感类，80dB110dB为较不敏感类，110dB140dB为稍敏感类，140dBl70dB为中等敏感类，170dB200dB为敏感类，200dB230dB为非常敏感类，大于230dB为极敏感类。,3.3.2 传播干扰能量的途径 许多电子设备的硬件包含着具有天线能力的元件，例如电缆、印制电路板的印制线、内部连接导线和机械结构。这些元件能够以电场、磁场或电磁场方式传输能量并耦合到线路中。在实际中，存在两类传播干扰能量的途径：系统内部耦合和设备间的外部耦合。无论是系统内部耦合还是设备间的外部耦合，均存在以下几种耦合方式。干扰源就是通过这些能量耦合方式将干扰施加于

35、敏感设备。,直接耦合方式 电导性耦合最普遍的方式是干扰信号经过导线直接传导到被干扰电路中而造成对电路的干扰。这些导线可以是设备之间的信号连线、电路之间的连接导线(如地线和电源线)以及供电电源与负载之间的供电线等。这些导线在传递有用信号能量的同时，也将干扰信号传递给对方。 下图为直接耦合的示意图。,其中：Rs为干扰源的内阻； Us为干扰源信号的干扰电压； Rz为连接导线的等效电阻，该电阻随着干 扰信号的频谱的改变而改变； RL为敏感部件的等效负载电阻，该电阻也 随着干扰信号的频谱的改变而改变。,Rz和RL随着干扰信号的频谱的改变而改变的主要原因是：当干扰信号的频率升高时，导线的趋肤效应将越来越明

36、显，导线的等效横截面积越来越小，等效的交流电阻也越来越大。,漏电耦合方式 漏电耦合是电阻性耦合方式。当相邻的元件或导线间的绝缘电阻降低时，有些电信号便通过这个降低了的绝缘电阻耦合到逻辑元件的输入端而形成干扰。漏电耦合传导干扰能量的情形与直接耦合方式的基本相同。两者不同之处是：直接耦合方式是由导线传递能量，在传递干扰信号的能量的同时，还传递有用信号的能量；而漏电耦合方式是由漏电阻传递能量，并不传递有用信号，其危害性比直接耦合方式更具隐蔽性。,公共阻抗耦合方式 公共阻抗耦合是噪声源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。公共阻抗随元件配置和实际器件的具体情况而定。例如，电源线和接地线的电阻、电感在一定的

37、条件下会形成公共阻抗；一个电源电路对几个电路供电时，如果电源不是内阻抗为零的理想电压源，则其内阻抗就成为接受供电的几个电路的公共阻抗。只要其中某一电路的电流发生变化，便会使其他电路的供电电压发生变化，形成公共阻抗耦合。,公共耦合一般发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，如下图所示。常见的公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。下图是公共地线的连线的内阻而产生的耦合。这里干扰源的电流流过公共地的连线，这些电流便在公共地的连线上产生电压降。这些干扰信号电压降通过公共阻抗传递给系统2。因公共连线的内阻与电压频率有关。当干扰信号的频率较低时，它基本上等于连接

38、线的电阻。当干扰频率较高时，它基本上等于连接导线的等效感抗。对应的耦合效率也会随着干扰频率的不同而不同。,为了防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，通过耦合阻抗上的干扰电流和产生的干扰电压将消失。此时，有效回路与干扰回路即使存在电气连接(在一点上)，它们彼此也不再互相干扰，这种情况通常称为电路去耦，即没有任何公共阻抗耦合的存在。,由一段导线或印制板走线产生的公共阻抗，其阻抗往往呈感性，因此输出中的高频将更容易耦合。当输出和输入在同一系统时，公共阻抗有可能构成正反馈通路，这可能导致振荡的发生。 公共电源耦合实际上是公共阻抗耦合的一种特例。一个公共电源供电给几个负载是非常常见的事，这种共电源的供

39、电方式会造成传导耦合干扰。实质上，公用电源传递干扰能量依然是通过这些负载的公共电源内阻来完成的。,电容耦合方式 电容耦合方式是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应。又称静电耦合或电场耦合。电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果某一个导体上的信号电压(或噪声电压)通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，这样的现象就称为电容性耦合。 下图为平行布线的A和B之间的电容性耦合情况的示意图，图中C是两导线之间的分布电容。,流经导线A的信号，经分布电容C将信号能量注入导线B。导线A的电流信号是信号源向负载RL输送有用能量，但当这些能量通过C耦合到导线B所在的电路后，就会对

40、R2G和R2L产生干扰。,上图所示的电容耦合并没有考虑到两导线与大地或其他导电体之间的分布电容的影响。在实践中，导线与大地之间的分布电容往往是不能忽略不计的。电容耦合的定量计算因导体与信号的分布的复杂性而变得非常难以实现。我们通常只能定性考虑电容耦合的耦合深度。,电磁感应耦合方式 电磁感应耦合又称磁场耦合，示意图如下图所示。在任何载流导体周围空间中都会产生磁场。若磁场是交变的，则对其周围闭合电路产生感应电势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是一个很大的干扰；在设备外部，当两根导线在很长的一段区间架设时，也会产生干扰。,辐射耦合方式 电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便

41、产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。 电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。处于空间中的传输线(输入线、输出线和控制线)，既能辐射干扰波又能接收干扰波，这种现象称为天线效应。当传输线的长度大于或等于空间中信号频率的四分之一波长时，天线效应尤其明显。,下图为高度为h，长度为s的导线在电场场强为1V/m的电磁场中两端产生的感应电压示意图。,电磁兼容的理论和技术就是围绕干扰源、干扰传播途径(或传输通道)和敏感设备，研究电磁干扰源产生的机理及抑制干扰源的措施，寻找削弱传播干扰能量的方法和提高敏感设备抵抗能力的技术，从而达到控制干扰发生的目的。,