- 電磁兼容測(cè)試時(shí)自身的電磁兼容問題
- 將設(shè)備接地
- 正確布置連接線
- 對(duì)干擾源或接收器進(jìn)行屏蔽
- 浮置測(cè)量系統(tǒng)
- 采用濾波技術(shù)
摘要：本文提出電子產(chǎn)品的電磁兼容測(cè)量中不可忽視的電子測(cè)量?jī)x器相互之間也存在著干擾現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須引起檢測(cè)人員的關(guān)注。
1 概述
目前人們已逐步認(rèn)識(shí)到電子產(chǎn)品電磁兼容的關(guān)系與生活越來越密切，彩電、計(jì)算機(jī)和通訊產(chǎn)品是否有電磁干擾，這些產(chǎn)品的電磁兼容狀況如何，國家對(duì)此頒發(fā)了許多有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容性已成為考核電子產(chǎn)品性能質(zhì)量的一個(gè)重要的參數(shù)。電磁兼容性是任何電子工程、系統(tǒng)設(shè)備的主要性能指標(biāo)之一。所謂電磁兼容是指裝置、設(shè)備不會(huì)由于受到同一電磁環(huán)境中其它裝置，設(shè)備的電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降低。例如，在同一房間所容納計(jì)算機(jī)和彩電、VCD和手機(jī)所在電磁環(huán)境中都有能正常工作，即在共同的電磁環(huán)境中能完成各自功能的共存狀態(tài)。
2 電子測(cè)量中的電磁兼容問題
當(dāng)我們開展對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容測(cè)試時(shí)，一個(gè)很容易忽視的問題，就是電子測(cè)量?jī)x器本身也存在著電磁兼容的問題。
因?yàn)?，在電子測(cè)量中，測(cè)試系統(tǒng)和儀器設(shè)備的功能、精度等性能指標(biāo)是衡量系統(tǒng)和儀器測(cè)試準(zhǔn)確度的最重要的因素，而較少考慮測(cè)試系統(tǒng)與儀器設(shè)備自身的電磁兼容性能對(duì)由于電磁兼容性不良好而導(dǎo)致的不正確的測(cè)量結(jié)果往往被忽視，結(jié)論往往下給被測(cè)電子產(chǎn)品。許多測(cè)試系統(tǒng)是由很多不同的儀器組合起來的，相互間存在著不同程度的干擾，尤其是被測(cè)對(duì)象電磁兼容性不良時(shí)，與測(cè)試系統(tǒng)間的影響是非常嚴(yán)重的，甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。本人在參與設(shè)計(jì)的581雷達(dá)晶液電磁兼容測(cè)量時(shí)，采用一臺(tái)德國進(jìn)口發(fā)射（信號(hào)發(fā)生器）源儀表進(jìn)行測(cè)試，因該儀器有輕微的泄漏，而引起被測(cè)產(chǎn)品中的中頻電路自激和干擾，關(guān)掉測(cè)試儀表，自激消除。又例如本人開展用RS-2、TS-3信號(hào)源對(duì)XB-35彩電訊號(hào)發(fā)生器進(jìn)行檢定時(shí)，特別是在小信號(hào)測(cè)量（如靈敏度）的情況下，干擾尤為嚴(yán)重，影響測(cè)試。因此，從事質(zhì)量檢驗(yàn)工作的技術(shù)人員都應(yīng)了解和掌握電磁兼容原理，并在實(shí)際工作中運(yùn)用有關(guān)技術(shù)，解決測(cè)量過程中遇到的電磁兼容問題。分清是產(chǎn)品問題、還是測(cè)試本身的問題。
事實(shí)上，任何的檢驗(yàn)裝置均要在一定的電磁環(huán)境下工作，電磁環(huán)境中的意外的電磁能量會(huì)使檢驗(yàn)裝置的技術(shù)性能降低，或造成永久性的破壞，這種電磁效應(yīng)主要取決于檢驗(yàn)裝置的敏感特性。電磁環(huán)境特性，為了避免這種電磁損害，必須對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分析。電磁環(huán)境往往是由大量的不同特性的干擾源主生，決定的因素很多，而且是隨機(jī)變化的，這些干擾會(huì)影響測(cè)試系統(tǒng)和儀器設(shè)備的可靠性和使用性，為了控制電磁干擾，就要識(shí)別各類干擾，并采取相應(yīng)的防護(hù)方法。學(xué)會(huì)區(qū)分電磁干擾的本質(zhì)部分。
3 透過現(xiàn)象看本質(zhì)
我們?cè)陂_展測(cè)量時(shí)，有的電子測(cè)量裝置在工作中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象，如指針式儀表會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，突跳現(xiàn)象；數(shù)字式儀表的數(shù)碼出現(xiàn)不規(guī)則的跳動(dòng)現(xiàn)象等，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，一方面可能是由于儀表本身電路結(jié)構(gòu)不合理，工作原理不完善，元器件質(zhì)量差，制造工藝存在缺陷等問題，這種現(xiàn)象在國產(chǎn)測(cè)量?jī)x器中常常出現(xiàn)，也不排除泊外品也存在這方面的問題；另一方面可能是由于儀表的工作環(huán)境（條件）發(fā)生變化，如電源電壓、頻率波動(dòng)、環(huán)境溫度變化以及受其它電氣設(shè)備的影響，特別是當(dāng)被檢信號(hào)很微弱時(shí)，這種影響就顯得更加嚴(yán)重和突出，這種對(duì)電子測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果起影響作用的各種外部的和內(nèi)部的無用信號(hào)而干擾，通過現(xiàn)象分析本質(zhì)，為了消除或削弱各種干擾對(duì)電子測(cè)量裝置工作的影響，必須采取各種必要的措施。因此，從事電子測(cè)量的技術(shù)人員，在遇到上述類似現(xiàn)象，出現(xiàn)測(cè)量異常或不可信服的測(cè)量結(jié)果時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為儀器或被測(cè)樣品出現(xiàn)問題，而應(yīng)該首先檢查是否存在干擾，查找干擾源，并應(yīng)盡量排除各種干擾，使測(cè)量更加準(zhǔn)確。
對(duì)存在的問題應(yīng)進(jìn)行分析，在電子測(cè)量裝置中，存在著各種聯(lián)系，可分為內(nèi)部和外部聯(lián)系。外部聯(lián)系如：輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電源以及外部環(huán)境條件（包括溫度、濕度、壓力、各種場(chǎng)強(qiáng)），這些外部因素，當(dāng)處于正常狀況時(shí)，對(duì)電子測(cè)量裝置和儀器表并沒有什么壞影響，有些還是必需和有用的，但是當(dāng)這些外部因素發(fā)生變化時(shí)，將對(duì)電子測(cè)量裝置發(fā)生影響，便變成為有害的聯(lián)系，成為外界干擾的來源。儀器儀表和電子測(cè)量裝置的內(nèi)部各部分之間也是相互聯(lián)系的，如信號(hào)的正向傳輸，屬有用的聯(lián)系，而各部分之間存在的寄生耦合，便函屬于有害的聯(lián)系了，因此，必須想方設(shè)法割斷或削弱那些有害的聯(lián)系，同時(shí)又不對(duì)那些為了正常進(jìn)行測(cè)量和工作所需要的聯(lián)系產(chǎn)生影響或損害。
對(duì)于來自外部的干擾，可通過適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施加以解決。對(duì)于來自電子測(cè)量裝置和儀器儀表的內(nèi)部干擾，可通過裝置的正確設(shè)計(jì)及合理布局加以消除削弱。實(shí)踐證明，不同的測(cè)量原理和測(cè)量方法受干擾的影響不同，同時(shí)，干擾對(duì)電子測(cè)量裝置和儀器儀表工作的影響是通過其內(nèi)在原因作用的。
針對(duì)以上所述，透過現(xiàn)象看本質(zhì)是研究電子測(cè)量裝置和儀器儀表的抗干擾問題，不能完全歸結(jié)為防護(hù)措施問題，而應(yīng)當(dāng)與工作原理、測(cè)試方法結(jié)合一起研究，做到具體問題區(qū)別對(duì)待。
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4 電磁干擾的產(chǎn)生和分析
在檢測(cè)中我們遇到電磁干擾，最常見的有電噪聲，即疊加在有用信號(hào)上的擾亂信號(hào)傳輸、使原來的有用信號(hào)發(fā)生畸變的電物理量，簡(jiǎn)稱噪聲。檢測(cè)儀表在工作時(shí)，噪聲總是疊加在有用信號(hào)上，影響測(cè)量結(jié)果，有時(shí)甚至?xí)耆珜⒂杏眯盘?hào)淹沒掉，使測(cè)量工作無法進(jìn)行，在測(cè)量過程中應(yīng)盡量提高信噪比，使有用信號(hào)抑制噪聲的干擾。
4．1噪聲的產(chǎn)生
噪聲的種類繁多，其產(chǎn)生、傳遞及抑制的方法也各不相同，以產(chǎn)生的原因來分類，有內(nèi)部噪聲和外部噪聲。
內(nèi)部噪聲是指檢測(cè)儀表和裝置內(nèi)部或器件本身產(chǎn)生的噪聲，常見的有：熱噪聲、散粒噪聲、接觸噪聲、感應(yīng)噪聲、交流噪聲、振蕩噪聲、反射噪聲及其它。
外部噪聲是指從外部侵入檢測(cè)儀表和裝置的噪聲，主要有自然噪聲和人為噪聲二類，自然噪聲指大氣噪聲、太陽噪聲、宇宙噪聲。人為噪聲有放電噪聲、高頻噪聲、工頻噪聲、輻射噪聲等，其中影響比較嚴(yán)重的是工頻噪聲，工頻噪聲是電力輸配電線路、工頻電源由于工頻感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、大地漏電流等形成的噪聲，對(duì)檢測(cè)儀表是影響最大的干擾；而輻射噪聲是由大功率發(fā)射、接收裝置等產(chǎn)生的噪聲，通過輻射或通過電源線會(huì)給電子測(cè)量裝置造成很大的干擾。
4．2噪聲的傳播
噪聲的傳播來源于噪聲源，不同的噪聲必有各自不同的噪聲源，噪聲源必須通過一定的耦合途徑進(jìn)行傳播，才能將噪聲送至檢測(cè)儀表和裝置中，對(duì)其正常工作造成影響而形成 干擾，因此，噪聲形成干擾必須具備以下途徑：a、噪聲源；b、對(duì)噪聲敏感的接收電路或裝置；c、噪聲源到接收電路之間的噪聲通道。
噪聲可能通過公共導(dǎo)線（如公用電源、公用連線等），設(shè)備間電容相鄰導(dǎo)線的互感空間輻射以及交變電磁場(chǎng)中的導(dǎo)線途徑，將噪聲源耦合和合到接收電路中，耦合方式主要有傳導(dǎo)耦合和輻射耦合，有些噪聲可通過傳導(dǎo)和輻射兩種途徑傳輸。
傳導(dǎo)耦合分為電容性耦合、電感性耦合、公共阻抗耦合和漏電流耦合。
電容性耦合是由檢測(cè)儀表和裝置內(nèi)的寄生電容形成的耦合，其干擾電壓正比于噪聲源的角頻率、分布電容、接收電路的輸入阻抗。
電感性耦合是由于噪聲源中通過交變電流所形成的交變磁場(chǎng)與周圍回路交鏈，在高敏感接收回路中產(chǎn)生感應(yīng)而形成，其干擾電壓正比于噪聲源角頻率、互感系數(shù)和噪聲源電流。
公共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路存在著公共阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中有電流通過時(shí)，通過公共阻抗便在另一個(gè)電路中產(chǎn)生干擾電壓、形成公共阻抗耦合干擾，其干擾電壓正比于公共阻抗和噪聲源電流。公共阻抗耦合是檢測(cè)儀表中常見的一種干擾，一般有以下幾種形式：
由電源骨阻形成的公共阻抗耦合干擾，當(dāng)用同一個(gè)電源同時(shí)對(duì)多個(gè)儀表供電時(shí)，如有高電平電路的輸出電流流過電源，這個(gè)電流就會(huì)在電源內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，形成干擾電壓，造成對(duì)其它低電平電路的干擾。
信號(hào)輸出電路相互干擾，當(dāng)電子測(cè)量裝置的信號(hào)輸出電路帶有多路負(fù)載時(shí)，如果有任一路負(fù)載發(fā)生變化，此變化者將通過輸出阻抗公共耦合而影響到其它輸出電路。
由接地線阻抗形成的公共耦合干擾，如果電子測(cè)量裝置的公共線接地時(shí)，若在接地線上有較大電流通過，會(huì)通過接地線阻抗產(chǎn)生公共阻抗耦合干擾。
漏電流耦合是由于絕緣不良時(shí)，電流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的噪聲干擾。
電磁輻射耦合是指干擾源通過空間輻射將干擾傳遞給接收電路，接收電路受到干擾的程度與所處位置的干擾強(qiáng)度成正比。
4．3電磁干擾的方式
各種噪聲源產(chǎn)生的噪聲，必然要通過各種耠合通道進(jìn)入電子測(cè)量裝置，對(duì)其產(chǎn)生干擾，引起測(cè)量誤差，根據(jù)噪聲進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同及與有用信號(hào)的關(guān)系，可將噪聲干擾分為差模干擾與共模干擾。
差模干擾是檢測(cè)儀表的一個(gè)信號(hào)輸入端于相對(duì)于另一個(gè)信號(hào)輸入端子的電位新式發(fā)生變化而產(chǎn)生的干擾，即干擾信號(hào)與有用信號(hào)是疊加在一起，直接作用于輸入端，因此，它直接影響測(cè)量結(jié)果。
共模干擾是相對(duì)于公共的電位基點(diǎn)（通常為接地點(diǎn)）。在檢測(cè)儀表的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾，雖然這種干擾不直接影響測(cè)量的結(jié)果，但是，當(dāng)信號(hào)輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí)，這種共模干擾就會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾，對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，而在實(shí)際測(cè)量中，由于共模干擾的電壓值一般都比較大，而且其耦合機(jī)理及其耦合電路也比較復(fù)雜，排除較為困難，所以，共模干擾比差模干擾對(duì)測(cè)量的影響更為嚴(yán)重。
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5 電磁干擾的排除
電磁干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度是相對(duì)于信號(hào)而言，高電平信號(hào)允許有較大的干擾，而信號(hào)電平信號(hào)允許有較大的干擾，而信號(hào)電平越低，對(duì)干擾的限制也就越嚴(yán)格，通常干擾的頻度范圍很寬，但對(duì)一臺(tái)電子儀器來說，并不是所有頻率的干擾所造成的結(jié)果都有相同的，對(duì)直流測(cè)量?jī)x表，由于儀器本身具有低通濾波特性，因此對(duì)頻率較高的交流干擾不敏感；對(duì)于低頻測(cè)量?jī)x器，若輸入端裝有濾波器，則可將通常以外的干擾濾除；但是，對(duì)于工頻干擾，用濾波器會(huì)將50Hz的有用信號(hào)濾掉，因此工頻干擾是對(duì)低頻電子儀表的最嚴(yán)重且不易除去的干擾，對(duì)于寬頻帶電子儀表，在工作頻帶內(nèi)的各種干擾都將起作用。抑制干擾應(yīng)著眼于噪聲形成的三個(gè)要素，根據(jù)具體情況，有針對(duì)性地采用相應(yīng)措施。一般常用采用的有五種方法：
5．1接地
在進(jìn)行電子測(cè)量時(shí)，接地是抑制干擾的主要方法之一，即將設(shè)備的地線或接地面與大地實(shí)行低阻抗連接，接地主要目的是：
（1）給出設(shè)備的零電位基準(zhǔn)（統(tǒng)一參考電位點(diǎn)）；
（2）防止在設(shè)備外殼或屏蔽層上由于電荷積聚，電壓上升而造成人身和儀器的不安全，或引起火花放電；
（3）將設(shè)備機(jī)殼或屏蔽層等接地，給高頻干擾電壓形成一個(gè)低阻抗通路，以防止它對(duì)電子設(shè)備的干擾。
5．2連接線
在電子測(cè)量裝置和被測(cè)電子產(chǎn)品中，需要很多的連接線，連接導(dǎo)線是引起干擾的重要原因，應(yīng)考慮正確布置這些連接線，減少各種寄生耦合。導(dǎo)線的引線電感對(duì)于低頻來說，沒有大的影響，但對(duì)高頻的影響是不能忽視的，必須盡量減少引線電感，為了抑制感應(yīng)干擾，高頻時(shí)應(yīng)采用同軸電纜或屏蔽雙絞織線，且導(dǎo)線應(yīng)盡可能短；在測(cè)試系統(tǒng)中，有不同用途的連接導(dǎo)線，如電源線、射頻線、音頻線、控制線等，要進(jìn)行分類，使不同類別的導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離，且不要平行排列，為了避免輻射耦合，連接導(dǎo)線最好使用屏蔽線，此外導(dǎo)線的粗細(xì)與噪聲有關(guān)，要選擇適當(dāng)?shù)倪B接導(dǎo)線，是測(cè)量前的準(zhǔn)備。
5．3屏蔽
為了抑制電磁干擾，無論是外部干擾，還是內(nèi)部干擾，都必須對(duì)干擾源或接收器進(jìn)行屏蔽，然而，在電子測(cè)量中，這種方法只能應(yīng)用于抑制外部干擾，對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的干擾，采用屏蔽是不太可能。
5．4浮置
浮置是指電子測(cè)量裝置的公共線（信號(hào)地線）不接大地。浮置與屏蔽接地相反，屏蔽接地的目的是將干擾電流從信號(hào)電路引開，即不讓干擾電流經(jīng)信號(hào)線，而是讓干擾電流流經(jīng)機(jī)殼或屏蔽層到大地，浮置是阻斷干擾電流的通路，測(cè)量系統(tǒng)被浮置后，加大了測(cè)試系統(tǒng)公共線與大地之間的阻抗，大大減少了共模干擾電流，可以提高共模干擾抑制能力。
但是，浮置不是絕對(duì)的，測(cè)試系統(tǒng)公共線與大地之間的阻抗雖然很大（絕緣電阻級(jí)），可大大地減少電阻性漏電流干擾，但它們之間仍存在寄生電容，即容性漏電流仍存在。
5．5濾波
濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施，無論是抑制干擾源和消除耦合或提高系統(tǒng)的抗干擾能力，都有可以采用濾波技術(shù)，任何使用交流電源的電子設(shè)備，噪聲會(huì)通過電源線傳導(dǎo)耦合到電路中，形成干擾，為了抑制這種干擾，在測(cè)試系統(tǒng)的交流電源進(jìn)線端使用濾波器是十分必要的也是常用的抗干擾方法。
在測(cè)量過程中，會(huì)遇到各種各樣的問題，需要測(cè)量技術(shù)人員認(rèn)真進(jìn)行分析解決，不要輕易被測(cè)電子產(chǎn)品下不合格結(jié)論，一定要分清是測(cè)量?jī)x器問題、測(cè)量方法問題、測(cè)量環(huán)境問題與其無關(guān)時(shí)，才可給被測(cè)產(chǎn)品下結(jié)論。尤其是在自動(dòng)測(cè)試過程中，測(cè)量人員要善于分析測(cè)量結(jié)果，排除各種干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠的數(shù)據(jù)。測(cè)量人員必須具備良好的業(yè)務(wù)素質(zhì)，還要具備分析問題和解決問題的能力。
