電磁幹擾(EMI)領域最初是在1933年由巴黎國際電工委員會(IEC)的一個小組委員會悄然獲得正式認可。該委員會以CISPR(國際無線電幹擾特別委員會)的名義成立，旨在更好地了解射頻技術可能產生的長期複雜情況。自1820年由莫爾斯、亨利和韋爾成立以來
，無線電的受歡迎程度已經爆發，成為大蕭條時期必不可少的家用電器。很快就確定有意和無意的RF傳輸開始影響其他電氣係統，從而導致電子界對EMI的認識不斷提高。 1934年
，CISPR開始製定和分發有關電子設備推薦的允許發射和免疫限製的要求，這些要求已演變為當前世界上許多的EMC法規。

 

在整個20世紀60年代
，70年代和80年代，研究人員越來越擔心電磁輻射的幹擾增加。 1967年，美國軍方發布了Mil Standard 461A，該標準為已經在軍事應用中使用的電子設備以及新軍事電子設備的發射和易感性限製建立了測試和驗證要求。

 

1979年，美國聯邦通信委員會(FCC)對dui美mei國guo所suo有you數shu字zi設she備bei的de電dian磁ci輻fu射she實shi施shi法fa律lv限xian製zhi。隨sui著zhe係xi統tong變bian得de越yue來lai越yue快kuai
，體ti積ji越yue來lai越yue小xiao，功gong能neng越yue來lai越yue強qiang大da，這zhe些xie規gui定ding不bu斷duan發fa展zhan
，因yin為wei新xin興xing技ji術shu的de出chu現xian
，會hui越yue來lai越yue幹gan擾rao其qi他ta電dian氣qi係xi統tong的de運yun行xing。

 

為了更好地了解噪聲是如何產生的，航空電子設備和航空航天工程師已經研究了與EMI相關的問題，並確定了可以設計新係統以最大限度地降低傳輸噪聲的方法，同時還能夠承受來自外部源的一定量噪聲。

 

最初，大多數公司選擇了快速
、笨重的屏蔽外殼設計
，這些設計僅僅是最低效的法拉第籠。在尋求更好的長期解決方案以消除其敏感電子設備中EMI敏感性的眾多公司中
，那些更精明的研究人員傾向於采用更專業、更專注的方法，結合更好的電子設計和布局
，同時在需要時加入額外的屏蔽和濾波元件。

 

創chuang建jian多duo個ge認ren證zheng級ji別bie有you助zhu於yu確que保bao電dian氣qi係xi統tong在zai輻fu射she和he傳chuan導dao發fa射she和he易yi感gan性xing方fang麵mian的de兼jian容rong性xing。這zhe些xie標biao準zhun的de引yin入ru使shi專zhuan業ye人ren員yuan能neng夠gou輕qing鬆song識shi別bie可ke以yi集ji成cheng到dao自zi己ji組zu裝zhuang中zhong的de電dian氣qi係xi統tong，而er無wu需xu擔dan心xinEMI問題。今天，由於這些更嚴格的法規不斷融入不斷擴展的電子領域

，所有類型的設備都更安全，尤其是高度敏感的偵察、醫療和航空電子設備，可以避免由“噪聲”EMI所造成的災難性故障風險 。

 

雖然在簡化創作過程和確保一般設計安全方麵非常有用

，但EMC規gui範fan卻que不bu能neng自zi動dong修xiu複fu在zai沒mei有you預yu先xian考kao慮lv無wu關guan的de射she頻pin波bo動dong的de情qing況kuang下xia所suo創chuang建jian的de係xi統tong。由you於yu產chan生sheng或huo接jie收shou可ke能neng導dao致zhi故gu障zhang的de幹gan擾rao，今jin天tian發fa明ming的de許xu多duo複fu雜za係xi統tong仍reng然ran受shou到daoEMI的困擾。這些問題通常的解決辦法是

，通過屏蔽係統免受電磁波動
，以及濾波減少不需要的和潛在有害的能量。

 

 

屏蔽是一種用於通過阻止源射頻(RF)噪聲傳輸來控製EMI的技術，與鉛和混凝土用作核輻射屏蔽的方式類似。屏蔽可以部署在RF源、接收器或其間的任何地方的電路中。在電場成功實現屏蔽的情況下，有效性取決於屏蔽材料的厚度、導電性和連續性。在電纜上增加屏蔽可以保護內導體免受撞擊電場的影響，減少磁場的相互作用力。

 

重要的是，當電場與導體相互作用時，它會產生一個電壓
，該電壓在電路上表現為電“噪聲”。dangzaidaotizhouweifangzhishidangjiedidepingbishi，tongchangkeyijiangdianchangnengliangpaichuerbuduitachanshengyingxiang，congerjianshaohuoxiaochuzaosheng。zheshiqudongputongdianqipingbidejibenyuanli，chengweifaladilong。

 

當穿過空間的電磁波遇到屏蔽時
，會發生以下幾種情況：

 

•大部分能量被反射和折射
，類似於聲波的多普勒效應
，它們通過穿過的任何東西進行部分消散;

 

•然後，屏蔽層會根據需要將一些剩餘能量吸收或分流到地麵
，從而顯著降低電磁波能量的大小;

 

•此外，在係統需要薄屏蔽的情況下，必須考慮在機櫃內重新反射能量。重新反射發生在屏蔽材料遠側的邊界處
，並導致係統內的EM波的反彈


，從而產生不需要的EM能量的局部尖峰。

 

大多數高頻屏蔽問題不是因為材料本身不能消除噪聲而引起的，而是由屏蔽材料中的物理間隙和開口引起的。雖然屏蔽是許多EMI相xiang關guan問wen題ti的de主zhu要yao選xuan擇ze，但dan濾lv波bo器qi可ke以yi解jie決jue與yu穿chuan過guo屏ping蔽bi外wai殼ke的de穿chuan透tou相xiang關guan的de問wen題ti
，以yi及ji電dian氣qi係xi統tong的de輸shu入ru和he輸shu出chu
，通tong常chang是shi屏ping蔽bi係xi統tong中zhong最zui脆cui弱ruo的de點dian。

 

yuchuantimeiyoushenmebutong

，zaipingbixitongderenheyidianshangyouyigedonghenrongyidaozhizainanxingdeshibai。youyushuruheshuchushiyupingbiwaikexiangguandezuiruodian
，yinciyouyuguyoudeloudong，zhexieshilvbozuiyouxiaodeweizhi。

 

在這些位置
，屏蔽外殼接口處的濾波和瞬態抑製是保護係統免受兼容性問題影響的最有效方法。通過在係統的輸入/輸出接口上使用濾波器和濾波連接器，設計團隊可以在連接器接口處消除來自內部或外部源的EM和RF噪聲
，將不需要的能量分流到接地的屏蔽外殼。因此
，這是消除高頻噪聲的最佳位置
，可減輕任何與EMI相關的問題。

 

圖1：多種濾波器類型，旨在消除係統中的EMI

 

 

在考慮濾波器和濾波連接器以幫助消除係統中的噪聲問題時，確定最佳EMI解決方案要基於該係統的機械配置。有許多濾波器，這些濾波器有許多不同的配置
，如圖1所示。

 

 

所示的濾波器解決方案具有多種配置
，旨在根據特定係統要求緩解EMI問題。這些產品中的每一個都位於電氣工程的單個子集中，具體地說

，它們是“低通”濾波器。換句話說，這些濾波器允許較低頻率數據通過，同時阻擋較高頻率信號。

 

低通濾波器有多種實現方式，如下所示：

 

圖1a：C濾波器的原理圖

 

圖1b：CL或LC濾波器的原理圖

 

圖1c：Pi濾波器的示意圖

 

•C濾波器——純電容濾波器

 

o片式電容器

o 盤狀/引線式

o平麵陣列

C濾波器是最簡單
、最直接的解決方案。它們由引腳或信號線與地之間的單個去耦電容構成。

 

•CL/LC濾波器——組合電感和電容濾波

CL或LC濾波器提供額外的濾波
，因為它們采用單個電容接地，並與電感或“扼流圈”耦合。這增強了去耦電容器的濾波效率以及與電感器阻抗相關的濾波。

•當源阻抗小於負載阻抗時，LC濾波器電路最高效。當負載阻抗小於源阻抗時，CL濾波器最適合電路。

•Pi濾波器——電容和電感濾波(由於形狀類似於pi符號π而命名)

Pi濾波器由兩個由電感隔開的去耦電容構成，可有效捕獲目標噪聲，並提提供卓越的高頻濾波性能。

 

應該注意的是，接地是任何良好電氣係統最重要的方麵，濾波器和濾波連接器需要出色的接地導電性才能正常工作。這些設計(假設它們所安裝的外殼/隔板是“良好接地”的)可為係統地提供低阻抗連接路徑。

 

必bi須xu根gen據ju係xi統tong中zhong噪zao聲sheng的de頻pin率lv選xuan擇ze濾lv波bo器qi，該gai頻pin率lv與yu通tong過guo接jie口kou傳chuan輸shu的de數shu據ju信xin號hao的de目mu標biao頻pin率lv直zhi接jie相xiang關guan。必bi須xu選xuan擇ze濾lv波bo器qi的de電dian容rong
，使shi其qi不bu會hui幹gan擾rao或huo“削減”數shu據ju信xin號hao的de邊bian沿yan。此ci外wai，所suo選xuan濾lv波bo器qi的de類lei型xing必bi須xu滿man足zu所suo尋xun址zhi噪zao聲sheng的de頻pin譜pu。換huan句ju話hua說shuo，濾lv波bo器qi是shi否fou隻zhi需xu消xiao除chu噪zao聲sheng存cun在zai的de頻pin帶dai中zhong的de窄zhai範fan圍wei，或huo者zhe是shi否fou更geng需xu要yao寬kuan帶dai濾lv波bo器qi
，以yi阻zu止zhi寬kuan頻pin率lv(例如：GHz)範圍?

 

選擇濾波器的電容取決於計算濾波器的-3dB截止頻率，它表示濾波器的響應幅度從通帶電平下降3dB的頻率。

 

以下是用於計算係統截止頻率的公式：

 

 

在該公式中
，fc是濾波器的截止頻率，如圖2中的性能與頻率曲線圖以及如圖3等效電路的R(電阻)和C(電容)所示。

 

圖2：不同濾波器類型的描述及其相應的有效範圍。

 

圖3：具有相應功率-頻率圖的RC電路。

 

zhexiexinxihennanqueding，yinweixitongjixubeidianqigongchengshijinxingfuhehefazhan



，gengbuyongshuozaixiangguanlingyugongzuodeqitazhuanjiale。xingyundeshi，daduoshuzhuliulvboqizhizaoshangdoutigonglecharusunhaotu，taqingchudixianshileyutamentigongdegezhonglvboqixiangguande-3dB截止頻率。該數據通常以表格形式呈現，並針對標準的500歐姆負載進行標準化。因此，通過查看不同電容的各種頻率下公布的插入損耗或濾波器性能數據
，可以更容易地選擇濾波器。

 

值得注意的是
，芯片電容濾波器的表現不盡如人意。由於芯片電容器的自諧振
，它們更像是“陷波”lvboqierbushigaotonglvboqi。suiranzaimouxieyingyongzhongzhezhongxingweikeyihulvebuji，danzhexielvbonenglidequedianshizuizhongyaode
，bixulijieweiyouxiaodijiangdidianqixitongzhongdegaopinzaosheng。yutu4所示的“理想”電容器的預測濾波器性能相比，這些芯片電容濾波器具有有限的高頻性能。

 

圖4：理想電容和1000pF電容的插入損耗對比圖。

 

另外，使用芯片電容器的濾波器的機械封裝和電路布局極大地影響了濾波的性能。如圖5所(suo)示(shi)
，等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)濾(lv)波(bo)器(qi)性(xing)能(neng)。在(zai)將(jiang)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)連(lian)接(jie)到(dao)信(xin)號(hao)和(he)接(jie)地(di)時(shi)，設(she)計(ji)團(tuan)隊(dui)應(ying)特(te)別(bie)注(zhu)意(yi)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)走(zou)線(xian)的(de)布(bu)局(ju)和(he)導(dao)電(dian)性(xing)
，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)少(shao)這(zhe)種(zhong)影(ying)響(xiang)
，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)芯(xin)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)最(zui)佳(jia)濾(lv)波(bo)性(xing)能(neng)。

 

圖5：電容器的展開圖，顯示了內部殘餘電感。

 

這些低通濾波器件有許多物理形式，但也有不同的性能水平。這些設備的選擇取決於噪聲問題的頻率或頻率以及問題的嚴重程度。

 

圖2還hai顯xian示shi了le各ge種zhong濾lv波bo器qi類lei型xing以yi及ji簡jian單dan芯xin片pian電dian容rong濾lv波bo器qi的de相xiang對dui濾lv波bo器qi性xing能neng。從cong這zhe些xie數shu據ju可ke以yi看kan出chu，芯xin片pian電dian容rong的de作zuo用yong與yu前qian麵mian提ti到dao的de陷xian波bo濾lv波bo器qi相xiang似si
，而erC、CL、LC和Pi濾波器由平麵陣列、盤狀電容器或陶瓷管構成，可提供更好的寬頻率和更高的濾波器性能總體水平。

 

 

有了對該領域及其相關組件的基本了解，下一步是研究一些實時應用，並從EMI專家的角度分析濾波器選擇過程。

 

在圖6中
，注意係統中的測量噪聲與紅色實線所示的允許限值。

 

圖6：與沒有EMI濾波器的係統相關的測量噪聲示例。

 

將圖7中的曲線圖看作是在沒有EMI濾波器的情況下測量的器件的噪聲輸出，這會導致出現代價昂貴的停產問題。值得注意的是，30MHz和70MHz之zhi間jian的de頻pin率lv超chao過guo了le允yun許xu的de限xian製zhi，這zhe意yi味wei著zhe無wu論lun實shi際ji產chan品pin是shi否fou成cheng功gong
，設she計ji都dou無wu法fa進jin入ru市shi場chang。盡jin管guan該gai設she備bei具ju有you屏ping蔽bi外wai殼ke，但dan該gai區qu域yu需xu要yao極ji其qi昂ang貴gui的de重zhong新xin設she計ji或huo額e外wai的de濾lv波bo以yi將jiang該gai噪zao聲sheng降jiang低di到dao可ke接jie受shou的de水shui平ping。

 

圖7：製造商提供的性能圖。

 

此設備的最大中斷頻率為39MHz，如上圖6所示，帶有綠色哈希標記。基於這種觀察，有必要選擇一個濾波連接器，它可實現低頻數據(在這種情況下

，低於1.0MHz)傳輸而不會降低，同時濾除係統中的高頻噪聲。

 

有了這些信息，再加上回顧圖7所示的濾波器製造商的性能數據，可以確定10000pF到30000pF範圍內的濾波很可能是該應用的最佳EMI解決方案。

 

jiexialai，jianyishejituanduigenjugaileilvboxitongdedichengbenhegaokekaoxing，quedingxinpiandianronglvboqishifoushihezuzhisuoguanzhudepinlv。kaolvdaozheyidian，xuyaoceshicaiyongliangzhongtongyongxitongjiejuefangan，yige10000pF電容濾芯和一個22000pF電容濾芯。

 

圖8顯示了測試10000pF芯片電容插件的結果。結果，該裝置在較高頻率中被發現是可接受的，但是在較低頻率(10MHz和60MHz之間)中沒有提供足夠的濾波以將噪聲降低到低於允許的測試極限。

 

圖8：圖6中具有10000pF電容濾波的係統。

 

然後，使用22000pF芯片電容濾波器插件進行測試，試圖將最大濾波器性能調整到噪聲持續的較低頻率區域。如圖9所示，性能得到改善，在較低頻率的噪聲極限處或附近隻有很小的尖峰。但是這個濾波器導致能量“膨脹”到105MHz附近的更高頻率，超過了允許的極限。

 

圖9：圖7中的係統，具有通用的22000pF電容濾波。

 

zhexieceshijieguobiaoming，tongyongxinpiandianronglvboqichajianwufatigongzugoudelvbo。weileyongjiudijiejuezhegewenti，xuyaoyizhongliyongewailvbodegengzhuanyedefangfa。

 

為了達到預期的效果，客戶測試了專門的濾波器插入，它是為了最大限度地減少等效串聯電感。通過將芯片電容器交叉安裝在隔離通道(將焊盤接觸區域與信號引腳和實心接地平麵分開)上可實現這種效果。

 

這(zhe)種(zhong)濾(lv)波(bo)器(qi)插(cha)入(ru)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)了(le)最(zui)大(da)的(de)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng)
，並(bing)使(shi)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)感(gan)最(zui)小(xiao)化(hua)，為(wei)芯(xin)片(pian)電(dian)容(rong)器(qi)提(ti)供(gong)可(ke)用(yong)的(de)最(zui)佳(jia)性(xing)能(neng)，同(tong)時(shi)還(hai)利(li)用(yong)了(le)係(xi)統(tong)中(zhong)已(yi)存(cun)在(zai)的(de)屏(ping)蔽(bi)。結(jie)合(he)專(zhuan)用(yong)的(de)22000pF濾波器，濾波器插入實現了圖10所示的結果，從而以具有成本效益的長期解決方案來滿足EMC法規。

 

在考慮了這些測試的結果之後，利用寬帶濾波器完成了器件設計(圖10)，因為在芯片電容器僅提供最小濾波的較高頻率中沒有很多餘量。這種專門的22000pF盤狀濾波連接器(采用盤狀電容器構建的C濾波器)提供了更高水平的濾波器性能以及更廣泛的頻率性能要求。

 

圖10：使用自定義濾波器時的圖7係統。

 

通過利用設計中已經存在的屏蔽
，這種方法與其他測試的濾波器(包括相同電容的濾波器)相比

，改善了整體EMI性能，而不是試圖將係統濾波做為“神奇的子彈”解決方案。它補充了係統中成功的部分，增強了整個係統的整體性能，而不是將係統視為一個單獨的實體。

 

 

總之，接近EMI噪聲問題更像是接近患者的醫生，而不是大多數形式的補救性工程解決方案測試。最初的步驟涉及收集有關問題明顯“症狀”的信息。在評估階段，使用帶有近場探頭的頻譜分析儀來評估係統的內部和外部可以幫助識別噪聲源
，這與醫生拍攝患處的X射線相類似。一旦對問題進行了良好的評估或診斷，在評估更複雜的解決方案之前
，治療可以首先應用簡單的補救措施。

 

這裏所示的實時示例涉及與接地相關的核心理論問題。大多數EMI問題都來自不正確接地的電氣連接
，成為EMI的意外發送器或接收器
，或者變成EMI可ke能neng泄xie漏lou到dao係xi統tong中zhong或huo從cong係xi統tong泄xie漏lou的de點dian。要yao解jie決jue此ci類lei問wen題ti，請qing首shou先xian嚐chang試shi解jie決jue任ren何he接jie地di問wen題ti。接jie下xia來lai，嚐chang試shi在zai板ban級ji或huo外wai殼ke級ji別bie上shang使shi用yong屏ping蔽bi修xiu補bu係xi統tong，以yi控kong製zhi在zai嗅xiu探tan測ce試shi期qi間jian發fa現xian的de區qu域yu中zhong係xi統tong中zhong的de噪zao聲sheng傳chuan輸shu。

 

如果問題仍然存在，請開始查看濾波解決方案，如本文所述。不要忘記尋求合格的EMI顧問的建議，他可以幫助您確定可靠的EMI濾波解決方案。

 

作者：EMI解決方案的高級創始工程師和總裁Robert Ydens  ＆   EMI應用工程師 Bradley Ydens