干扰的发生需要三个要素:源或者发射机;受干扰者,或接收机;连接两者的耦合通道。
耦合媒质可以通过传导,或通过辐射。就某个具体的耦合而言,可以是以传导为主,而其他大多数通过空间传播耦合。
根据内部阻抗,电路在邻近处,主要产生电场(V/m)或者磁场(A/m)。在距离源较远处(大于λ/2π),则无论源阻抗高低,场都称为电磁场。
就射频干扰而言,1V/m的场是相当强的场,相比较普通收音机或电视接收机的场灵敏度可以低至1μV/m。因此,可以推断电路工作在高频段,即使载有低电平信号,也会在相当远的区域产生干扰。
假定一台小型计算机,主要由CPU和主板组成。计算机电路包括60块芯片,每块芯片消耗大约250mW的功率。
再假定只有1/4的芯片与系统内部的时钟频率保持同步,假设为50MHz。一次转换过程中总功率消耗是一常数:
(1/4)×(60×0.0250)=3.75W
如果有极小部分功率并没有被芯片、配件以及各种电阻或显示器的焦耳效应所消耗,而是被辐射出去。假设在50MHz的基频上,只有总转换功率的10-6被辐射,也就是3.75μW。
对于任意给定的辐射器,给出其场强:
式中,D为距离源的距离(m);
Pr为辐射功率(包括天线增益)(W)。
在3m远的地方,从PC板辐射出的3.75μW将产生的E为
将场强用EMI规范的标准单位表示,为
E(dBμV/m)=20lg(3.5×10-3μV/m)=71dBμV/m
在边远地区,电视机和FM收音机要想获得不错的接收效果,需要的最低场强范围是50~60dBμV/m。因此,如果频率相同(同频道EMI),电脑时钟会严重影响到附近收音机和电视机的接收。因为,即使在3m远的地方,EMI场的强度仍然达到声音或图像载波信号的3~10倍。照此情景,这些令人烦恼的干扰,可达到30m远,如果在计算机和受干扰接收天线之间较短的无线电通道上,存在使场强增强的因素和金属结构、孔洞等,干扰距离可能更远。
任何理想设计的基础是:
①理解设计电路存储和处理数据,或转换功率,结束发送电波的机制;
②为了减弱和消除不利影响,要对上述机制进行数值评估;
③尽早在样机上测试这些结果。
1.EMI术语和单位
由于数值变化范围较大,在EMI/RF/EMC学科中广泛采用对数刻度。因此,大多数是比值(无量纲),而且大小用分贝(dB)来表示。两个功率的比值可以表示为
通常测量数据是以幅度单位表示(如电压、电流、场强),而不是功率。将P=V2/R代入到式(4-38)中:
如果R1=R2,则(www.xing528.com)
公式(4-38)、公式(4-39)常用比值的计算结果。相应负dB值可通过互换比值来得到。
将I、V或I、A代入公式(4-39)中,可得到用dB表示的电压或电流:
dBV=20lgV
dBA=20lgI
从dB值中重新得到电压、电流或场强的方法是取反对数(lg-1):
如果要从用dBm(高于1mW的dB值)表示的功率中得出电压,使用下式:
对于窄带NB(Narrowband)EMI,只有一条谱线(即正弦波)位于接收机(或受干扰者)的带宽中,此时电磁干扰信号可表示为:
①电压(V):高于1V的dB值(dBV)或高于1μV的dB值(dBμV);
②电流(A):高于1A的dB值(dBA)或高于1μA的dB值(dBμA);
③功率(W):mW或高于1mW的dB值(dBm);
④电场(V/m):μV/m或dBμV/m;
⑤磁场或磁感应强度(A/m):μA/m或dBμA/m,特斯拉T或高斯G(1G=80A/m,1T=104(G);
⑥辐射功率密度(W/m2):mW/cm2或dBm/cm2。
对于宽带BB(Broadband)EMI,很多条谱线都混叠在接收机的带宽中,对于这种情况,接收到的EMI要归一化到单位带宽中:
①电压(μV/kHz):μV/MHz或dBμV/MHz;
②电流(μA/kHz):μA/MHz或dBμA/MHz;
③电场(μV/m/kHz):μV/m/MHz或dBμV/m/MHz;
④磁场(μA/m/kHz):μA/m/MHz或dBμA/m/MHz。
有很多区分NB干扰或BB干扰的方法,其中一个简单的方法是:给出接收机的通带或3dB带宽BW(Band Width)或受干扰者的输入放大倍数和EMI源的基准频率(F0),干扰类型如下:
BB,若BW>F0
NB,若BW<F0
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