顺利通过EMC试验（五）文字版
预习思考题
你在产品的设计中，从骚扰源的角度，特别关注什么信号或者电路？在设计中，采取那些措施来减小他们可能产生的影响？
很多人有一个错误的观念，这就是他们认为电压越高，电流越大，产生的骚扰越强。实际上，骚扰的强弱与电压、电流的幅度关系不大，而与电压、电流的变化率关系更密切。
一个典型的例子就是静电放电。北方的冬季，人体上携带的电荷会达到数千伏的电压，但是人体并不会对电子设备产生电磁干扰。只有当人体接触到某个导电物体时，才会产生电磁干扰。
例如，我发现，当我用钥匙开门时，邻居家的门铃有时会响。这是因为，我开门时，身体上的电荷通过钥匙转移到了门上，产生了一个瞬变的电流，因此产生了电磁骚扰。
之所以变化的电压、电流容易产生电磁干扰，主要有三个因素。
第一，从传导耦合的角度看。骚扰源首先在电源线、地线上产生瞬变电流，这些瞬变的电流通过导线电感产生自感电动势，这些电动势不仅对共用电源、地线的敏感电路造成影响，而且还会产生电磁辐射。
第二，从空间耦合的角度看，无论是杂散电容的耦合，还是电路之间的互感耦合，变化的电压、电流都是基本条件，电容器件和变压器仅能传递交变的电压、电流就是一个证据。
第三，从天线辐射的角度看，只有高频电压、电流才会借助天线辐射。
实际上，正是因为数字电路和电力电子电路广泛应用，电磁骚扰的问题才日益严重。
这一组图清楚的展示了变化电压、变化电流产生骚扰的机理。
左上图，是两个电路通过磁场耦合的情况。电路1连接了一个变化的电压V1，于是形成了一个变化的电流i1，它产生了一个变化的磁场F11，这个磁场的一部分会穿过电路2，这部分磁场记作F12，根据电磁感应定律，在电路2上就产生了一个感应电动势V2，这就是干扰电压。如果V1是一个直流电压，就不会发生上面的过程。
左下图是电场耦合的情况。连接电路1的导体与连接电路2的导体之间存在杂散电容，这个电容可以将电路1中的电压耦合到电路2。由于电容仅能通过交流，因此，如果电路1中的电压不变，也就不存在这种耦合。
中间的两个图分别是偶极天线和环路天线，当他们与变化的电压连接时，就会产生电磁辐射。这些天线的辐射是导致设备辐射发射的主要原因，后面我们会详细分析。
右边的图是导体上流过变化的电流的情况。由于导线都有电感，因此会产生感应电动势。当这个导体是电源线或者地线时，感应电动势就是我们所说的电源线噪声和地线噪声。如果导体上流过的直流电流，就不会有这些问题。
因此， 电压和电流的变化是导致电磁干扰的主要因素。
按照前面所提到的骚扰源基本特征，可以识别出电子设备、系统中三种常见的骚扰源：
1. 开关电源：几乎所有的电子线路都使用开关电源作为二次电源。开关电源工作的基本原理是对直流电压斩波，得到脉冲电压，然后通过控制脉冲的脉宽来控制电压的有效值，这个过程产生强烈的电磁骚扰。但是，由于这种电源的优良特性，仍然广泛应用在电子设备上。
2. 数字电路：数字电路是信息处理技术的基础，几乎没有电子设备离得开数字电路。数字电路中的电压、电流都是脉冲状的，因此，是典型的骚扰源。有人认为采用较低的电压可以改善电磁骚扰，实际上，脉冲的上升、下降沿才是关键 的因素。
3. 逆变电路：逆变电路就是从直流电压获得交流电压、电流的电路。逆变电路广泛应用在电机驱动器、UPS电源等场合。逆变电路的输出电压叫脉宽调制电压，缩写为PWM。这种电压具有很强的骚扰。实际上，逆变电路产生骚扰的本质与开关电源类似，都是对直流电压斩波的结果。
大家可能有一种经验，这就是，在高铁上使用笔记本电脑时，如果用高铁座椅上的交流电源插座供电，会发现电脑的鼠标有不灵活的现象。这是因为，高铁上的交流电通过逆变电路获得，这种电源如果没有经过良好的滤波处理，包含很强的电磁骚扰。
类似的情况发生在充电中的手机上。手机用不太好的充电器充电时，会出现触摸屏不灵的现象，这是因为充电器是一种开关电源，它产生了过强的骚扰。
雷电是一种常见的自然现象，这是一种电磁骚扰源。因为雷电的过程就是静电放电的过程，这个过程中伴随着巨大的电压、电流突变。因此，这个过程产生强烈的电磁骚扰。
这种电磁骚扰会在电子系统的电路上感应出电压，导致电子电路的误动作，甚至硬件损坏。
现代电子系统对于雷电产生的电磁骚扰更加敏感。这是由于三个方面的原因：
1. 过去我们主要关注雷电对电子设备的硬件产生的损坏，我们防护的目的是保护硬件不被损坏，而现在，我们还关心数据不被破坏，也就是系统中的数据不能出现错误。显然，这种防护要求更加严格。
2. 现代电子线路更加娇贵，随着电子线路微型化，电子器件的抗过电压能力降低，因此，雷电产生的浪涌电压更容易损坏硬件。
3. 局域网大量应用，现在很少有设备独立存在，网络连接已经成为设备使用的常态。这种通过金属导体互连的设备，对雷电更加敏感。
很多设计师认为避雷针是保护电子设备的有效工具。其实，避雷针的作用是将雷电引导到特定的位置，保护特定的建筑物免受雷击。
因此，避雷针其实是“引雷针”。当雷电电流流过避雷针时，避雷针导体的周围会有很强的电磁场，当电子设备处于这些电磁场中时，轻则数据出现错误，重则硬件永久损坏。
