EMI：它是什么以及如何控制它

电磁干扰 （EMI） 本质上是看不见的噪声或污染。一个电子设备产生的不需要的电磁能会扰乱附近另一个设备的正常运行。本常见问题解答将解释什么是 EMI 以及预防 EMI 的方法。

这种干扰不仅以一种方式传播。图 1 说明了 EMI 从其源传输到受害设备的四种主要方法：

图 1.不同的 EMI 源，即传导源、辐射源、电感源和电容源，从源器件传播到测试器件。（图片来源：HardwareBee)

1. 传导 EMI，顾名思义，是沿物理导体传播的干扰。图1显示了噪声沿着连接两个器件的导线移动。这在电源线和数据线中很常见，其中来自一个设备的噪声直接馈送到另一个设备。

2. 辐射 EMI 是以电磁波形式穿过空气（或空间）的干扰，很像无线电或 Wi-Fi 信号。“源设备”充当一个微小的、无意的无线电发射器，广播“被测设备”像天线一样拾取的噪声。

3. 电感 EMI 是一种近场效应，也称为磁耦合。如变压器符号所示，源中不断变化的电流会产生不断变化的磁场，进而在测试设备的附近电路中感应出不需要的电流。

4. 电容式 EMI 是另一种近场效应，也称为电场耦合。如电容器符号所示，源设备上不断变化的电压（电场）可以与测试设备耦合，感应出不需要的电压并破坏其信号。

了解这四种途径是实现电磁兼容性 （EMC） 的第一步，即设计出能够正常运行而不会引起 EMI 或受其影响的电子产品。

如何预防 EMI？

防止 EMI 是整个电子设计过程的核心部分，涉及三种主要策略：降低其源噪声、阻断其传输路径以及降低接收设备的灵敏度。

1. 减少声源是从一开始就产生更少噪音的最佳方法。这可以通过选择本质上更安静的电子拓扑（电路设计）来完成，例如准谐振反激式转换器。另一种方法是更软的开关，它涉及减慢作为 EMI 根本原因的快速电压和电流变化。

这个概念在图 2 中直观地表示了。“硬开关”（红线）路径同时显示高电压和电流，产生一个大的、突然的能量尖峰，从而产生显着的 EMI。相比之下，“软开关”（蓝线）可确保在开关期间电压或电流接近于零，从而实现平滑过渡，从而大大降低源噪声。

图 2.软开关和硬开关对电源开关电压电流曲线的影响。（图片：MDPI)

1. 阻塞路径 - 如果产生噪声，下一步是阻止其传播。这可以通过以下方式实现：

• 对于传导EMI的解决方案是EMI滤波器，如图3左侧所示。滤波器放置在电源线上，吸收信号+噪声并将不需要的噪声转移到电气接地，只允许干净的信号通过。

• 图 3 的右侧显示了这在真实电路板上的样子。铜绕线圈（扼流圈）和灰块（电容器）是专门设计用于阻挡这种传导干扰的两级滤波器的物理组件。

• 对于辐射 EMI，使用物理布局和屏蔽来阻断路径。这包括使电路板上的大电流环路尽可能小，以减少磁（感）耦合。它还涉及将组件以弯曲角度或相互弯曲 45° 放置，并使用金属屏蔽层阻挡电磁波，就像法拉第笼一样。

图 3.（左）滤波器如何帮助降低 EMI，（右）电子电路中滤波器的实际实现。（图片：KEB Automation KG、EMC FastPass)

1. 硬化接收器是使“被测设备”免受任何仍然通过的噪声影响的最终策略。这是通过设计具有低阻抗（使它们更难中断）或使用差分信号的敏感电路来实现的。差分信号的工作原理是检测两个互补信号之间的电压差，有效抑制对两个信号产生同等影响的噪声。

总结

EMI 是现代电子产品不可避免的副作用，它以不需要的噪声的形式通过导电、辐射、电感和电容路径传播。有效管理它需要一种全面的方法：从一开始就设计更安静的电路，使用滤波器和屏蔽来阻止传输，并构建可以忽略干扰的强大设备。