滤波器在电磁兼容设计中的应用

摘要:大功率的发射设备对不希望接收其信息的高灵敏度接收设备构成了灾难性的干扰，因此在电子设计和器件选型中必须考虑电磁兼容技术。在产品开发与设计过程中需要分析周围环境对设备产生的电磁干扰，采取一定的防护措施，消除干扰，解决电子产品设计中的电磁干扰问题。本文从理论上并通过应用实例分析了在电子设备中应用滤波连接器对抑制电磁干扰所产生的效果。
       关健词:电磁兼容;滤波连接器，电磁干扰

0  引言

随着电子技术的高速发展，世界进人了信息化时代。电子、电气设备或系统获得了越来越广泛的应用。大功率的发射设备对不希望接收其信息的高灵敏度接收设备构成了灾难性的干扰，在工业发达的大城市中，电磁环境越来越恶劣，往往使电子、电气设备或系统不能正常工作，引起性能降低，甚至受到损坏。对于电子设备的开发人员应意识到电磁干扰问题，在产品开发与设计过程中注意分析周围环境对设备的可能影响，针对产生的一系列影响，采取一定的防护措施，消除干扰，这样可以起到解决设计的产品电磁干扰问题，否则，必将会导致设计的电子设备不能满足用户的需求。因此，设计人员在产品的设计初期必须将电磁兼容问题考虑到设备的设计中去。

1 电子设备的电磁兼容设计

在电子设备的电磁兼容设计中应考虑其产生的传导、辐射发射对邻近设备的有害影响和外部产生的传导、辐射发射对系统所引起的敏感问题〔3一幻。其电磁干扰的控制技术应从以下方面予以考虑。

1.1器件的选用器件的选用
       在设计的产品运行中起到至关重要的作用，从电机、开关、继电器、电缆组件及连接器等，甚至到电源、晶振、变压器等都应该下功夫进行精心地筛选，否则，在选型中稍有不慎，就会对设备自身或周围将设备造成严重的不利影响。

电磁兼容设计从三个方面考虑:1)干扰源;2)传播祸合路径;3)敏感设备。电磁兼容设计从这三个方面做工作。其中滤波连接器是解决藕合路径的绝佳方法之一。

滤波连接是一种具备滤波功能的连接器。通常工程上使用的信号电缆是屏蔽电缆，但仍不能满足电磁兼容标准，对于高频干扰的屏蔽，主要原因是屏蔽电缆是金属编制2 l9 E! ^, ^) e3 u' s
网，上面的孔洞会在高频时产生泄露，另外一个原因是屏蔽电缆的高屏蔽效能取决于电缆屏蔽层的端接情况，只有当电缆屏蔽层的端接为360度低阻抗搭接时，才会有较理想的高屏蔽效果，很多场合下都无法保证。滤波连接器能够有效的滤除不必要的高频成分，弥补了屏蔽电缆对于高频干扰屏蔽的不足。

2 电子设备的电磁兼容分析

电缆是系统的最薄弱环节，两台独立进行电磁干扰测试完全合格的设备通过电缆连接后，系统往往在电磁兼容环境下测试不通过，这是忽略了电缆的辐射作用。实践表" f8 m( + L0 j
明，按照屏蔽设计规范设计的屏蔽机箱可达到60~80dB的屏蔽效能，电缆处置不当，造成系统产生严重的电磁干扰问题。90%的电磁干扰问题是由于电缆造成的。电缆是高效的电磁波接收天线和辐射天线，电缆产生的辐射尤其严重。电缆端口处有共模电压存在，电缆在这个共模电压的驱动下，如同一根单极天线，如图1所示。

式中:I是电缆中的共模电流强度，L是电缆的长度，f是共模信号的频率，r是观测点到辐射源的距离。可通过减小高频共模电流强度，缩短电缆长度减小电缆的辐射。电缆的长度不能随意减小，控制电缆共模辐射的最好的方法是减小高频共模电流的幅度，因为高频共模电流的辐射效率很高，是造成电缆超标辐射的主要因素。减小电缆上共模高频电流的一个有效方法是在电缆的端口处使用低通滤波器，滤除电缆上的高频共模电流。传统上都是将滤波器安装在线路板上的电缆端口处，如图2所示。

射。再次感应的信号有两个来源:l)机箱内的电磁波会感应到电缆上，2)滤波器前的干扰信号会通过寄生电容直接祸合到电缆端口上。解决这个问题的方法是尽量减小滤波后暴露在机箱内导线长度。滤波连接器是解决这个问题的理想器件。滤波连接器的每个插针上有一个低通滤波器，能够将插针上的共模电流滤掉。这些滤波连接器往往在外形和尺寸上与普通连接器相同，可以直接替代普通连接器。由于连接器安装在电缆进人机箱的端口处，因此滤波后的导线不会再感应上干扰信号，如图3所示。

2.1滤波连接器较屏蔽电缆优点
       滤波连接器较屏蔽电缆使用的优点有如下三个优点:
       1）滤波连接器能将电缆中的干扰电流滤除掉，彻底消除电缆的辐射因素。屏蔽电缆仅仅是防止干扰通过电缆辐射，实际这些干扰电流还在电缆中;
       2) 滤波连接器抑制电缆辐射的效果比屏蔽电缆更稳定。屏蔽电缆的效果在很大程度上决定于电缆的端接。由于电缆频繁的拆装或较长时间后搭接点的氧化，端接阻抗会增加，造成屏蔽效能下降。
       3) 滤波连接器的使用，可降低对电缆端接的要求，降低生产成本，避免使用价格昂贵的高质量屏蔽电缆，降低成本。

2.2设计使用滤波连接器的试验情况
分别使用普通连接器和滤波连接器进行辐射发射研究。从试验结果可以看出，当使用屏蔽机箱时，主要的辐射源是电缆。这时使用滤波连接器可以使辐射发射强度降低10~30dB。
图4是测试环境的背景，以这个作为参考。图5是计算机通过普通连接器连接上打印电缆时的宽带发射。

图6是使用了滤波连接器后的辐射情况，可以看出，辐射已经明显减小。如果将电缆拔下，辐射的情况与图6基本相同。因此，可以认为电缆产生的辐射已经基本消* ^* l( z! n1 q6 v2 p
除。剩余的辐射是其它原因造成的，首先一个原因是电源线。要消除这些剩余的干扰，需要更换一个性能更好的带滤波器的电源线。

3 结束语
特别在电磁环境复杂的今天，电磁兼容技术显得越发重要。在实际工程应用中使用滤波连接器对抗电磁干扰，可以起到良好的效果。设计人员只要在产品的设计初期考虑到产品的电磁兼容性，在可能产生干扰的地方采取相应的抗干扰措施。这样，设计的系统就能够在复杂的电磁环境下正常运行。