電子測量?jì)x器使用中的EMC問(wèn)題

1 概述

目前人們已逐步認識到電子產(chǎn)品電磁兼容的關(guān)系與生活越來(lái)越密切，彩電、計算機和通訊產(chǎn)品是否有電磁干擾，這些產(chǎn)品的電磁兼容狀況如何，國家對此頒發(fā)了許多有關(guān)標準，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。電磁兼容性是任何電子工程、系統設備的主要性能指標之一。所謂電磁兼容是指裝置、設備不會(huì )由于受到同一電磁環(huán)境中其它裝置，設備的電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的性能降低。例如，在同一房間所容納計算機和彩電、VCD和手機所在電磁環(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 電子測量中的電磁兼容問(wèn)題

當我們開(kāi)展對電子產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容測試時(shí)，一個(gè)很容易忽視的問(wèn)題，就是電子測量?jì)x器本身也存在著(zhù)電磁兼容的問(wèn)題。

因為，在電子測量中，測試系統和儀器設備的功能、精度等性能指標是衡量系統和儀器測試準確度的最重要的因素，而較少考慮測試系統與儀器設備自身的電磁兼容性能對由于電磁兼容性不良好而導致的不正確的測量結果往往被忽視，結論往往下給被測電子產(chǎn)品。許多測試系統是由很多不同的儀器組合起來(lái)的，相互間存在著(zhù)不同程度的干擾，尤其是被測對象電磁兼容性不良時(shí)，與測試系統間的影響是非常嚴重的，甚至可能導致錯誤的測量結果。本人在參與設計的581雷達晶液電磁兼容測量時(shí)，采用一臺德國進(jìn)口發(fā)射（信號發(fā)生器）源儀表進(jìn)行測試，因該儀器有輕微的泄漏，而引起被測產(chǎn)品中的中頻電路自激和干擾，關(guān)掉測試儀表，自激消除。又例如本人開(kāi)展用RS-2、TS-3信號源對XB-35彩電訊號發(fā)生器進(jìn)行檢定時(shí)，特別是在小信號測量（如靈敏度）的情況下，干擾尤為嚴重，影響測試。因此，從事質(zhì)量檢驗工作的技術(shù)人員都應了解和掌握電磁兼容原理，并在實(shí)際工作中運用有關(guān)技術(shù)，解決測量過(guò)程中遇到的電磁兼容問(wèn)題。分清是產(chǎn)品問(wèn)題、還是測試本身的問(wèn)題。

事實(shí)上，任何的檢驗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，這種電磁效應主要取決于檢驗裝置的敏感特性。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，而且是隨機變化的，這些干擾會(huì )影響測試系統和儀器設備的可靠性和使用性，為了控制電磁干擾，就要識別各類(lèi)干擾，并采取相應的防護方法。學(xué)會(huì )區分電磁干擾的本質(zhì)部分。

3 透過(guò)現象看本質(zhì)

我們在開(kāi)展測量時(shí)，有的電子測量裝置在工作中，有時(shí)會(huì )出現某些不正常的現象，如指針式儀表會(huì )出現抖動(dòng)，突跳現象；數字式儀表的數碼出現不規則的跳動(dòng)現象等，產(chǎn)生這些現象的原因，一方面可能是由于儀表本身電路結構不合理，工作原理不完善，元器件質(zhì)量差，制造工藝存在缺陷等問(wèn)題，這種現象在國產(chǎn)測量?jì)x器中常常出現，也不排除泊外品也存在這方面的問(wèn)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備的影響，特別是當被檢信號很微弱時(shí)，這種影響就顯得更加嚴重和突出，這種對電子測量裝置的測量結果起影響作用的各種外部的和內部的無(wú)用信號而干擾，通過(guò)現象分析本質(zhì)，為了消除或削弱各種干擾對電子測量裝置工作的影響，必須采取各種必要的措施。因此，從事電子測量的技術(shù)人員，在遇到上述類(lèi)似現象，出現測量異?；虿豢尚欧臏y量結果時(shí)，不能簡(jiǎn)單地認為儀器或被測樣品出現問(wèn)題，而應該首先檢查是否存在干擾，查找干擾源，并應盡量排除各種干擾，使測量更加準確。

對存在的問(wèn)題應進(jìn)行分析，在電子測量裝置中，存在著(zhù)各種聯(lián)系，可分為內部和外部聯(lián)系。外部聯(lián)系如：輸入信號、輸出信號、電源以及外部環(huán)境條件（包括溫度、濕度、壓力、各種場(chǎng)強），這些外部因素，當處于正常狀況時(shí)，對電子測量裝置和儀器表并沒(méi)有什么壞影響，有些還是必需和有用的，但是當這些外部因素發(fā)生變化時(shí)，將對電子測量裝置發(fā)生影響，便變成為有害的聯(lián)系，成為外界干擾的來(lái)源。儀器儀表和電子測量裝置的內部各部分之間也是相互聯(lián)系的，如信號的正向傳輸，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，必須想方設法割斷或削弱那些有害的聯(lián)系，同時(shí)又不對那些為了正常進(jìn)行測量和工作所需要的聯(lián)系產(chǎn)生影響或損害。

對于來(lái)自外部的干擾，可通過(guò)適當的抗干擾措施加以解決。對于來(lái)自電子測量裝置和儀器儀表的內部干擾，可通過(guò)裝置的正確設計及合理布局加以消除削弱。實(shí)踐證明，不同的測量原理和測量方法受干擾的影響不同，同時(shí)，干擾對電子測量裝置和儀器儀表工作的影響是通過(guò)其內在原因作用的。

針對以上所述，透過(guò)現象看本質(zhì)是研究電子測量裝置和儀器儀表的抗干擾問(wèn)題，不能完全歸結為防護措施問(wèn)題，而應當與工作原理、測試方法結合一起研究，做到具體問(wèn)題區別對待。

4 電磁干擾的產(chǎn)生和分析

在檢測中我們遇到電磁干擾，最常見(jiàn)的有電噪聲，即疊加在有用信號上的擾亂信號傳輸、使原來(lái)的有用信號發(fā)生畸變的電物理量，簡(jiǎn)稱(chēng)噪聲。檢測儀表在工作時(shí)，噪聲總是疊加在有用信號上，影響測量結果，有時(shí)甚至會(huì )完全將有用信號淹沒(méi)掉，使測量工作無(wú)法進(jìn)行，在測量過(guò)程中應盡量提高信噪比，使有用信號抑制噪聲的干擾。

4．1噪聲的產(chǎn)生

噪聲的種類(lèi)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(lái)分類(lèi)，有內部噪聲和外部噪聲。

內部噪聲是指檢測儀表和裝置內部或器件本身產(chǎn)生的噪聲，常見(jiàn)的有：熱噪聲、散粒噪聲、接觸噪聲、感應噪聲、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儀表和裝置的噪聲，主要有自然噪聲和人為噪聲二類(lèi)，自然噪聲指大氣噪聲、太陽(yáng)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，其中影響比較嚴重的是工頻噪聲，工頻噪聲是電力輸配電線(xiàn)路、工頻電源由于工頻感應、靜電感應、電磁感應、大地漏電流等形成的噪聲，對檢測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(guò)輻射或通過(guò)電源線(xiàn)會(huì )給電子測量裝置造成很大的干擾。

4．2噪聲的傳播

噪聲的傳播來(lái)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(guò)一定的耦合途徑進(jìn)行傳播，才能將噪聲送至檢測儀表和裝置中，對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(guò)公共導線(xiàn)（如公用電源、公用連線(xiàn)等），設備間電容相鄰導線(xiàn)的互感空間輻射以及交變電磁場(chǎng)中的導線(xiàn)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耦合和輻射耦合，有些噪聲可通過(guò)傳導和輻射兩種途徑傳輸。

傳導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儀表和裝置內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(guò)交變電流所形成的交變磁場(chǎng)與周?chē)芈方绘?，在高敏感接收回路中產(chǎn)生感應而形成，其干擾電壓正比于噪聲源角頻率、互感系數和噪聲源電流。

公共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路存在著(zhù)公共阻抗，當一個(gè)電路中有電流通過(guò)時(shí)，通過(guò)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儀表中常見(jiàn)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，當用同一個(gè)電源同時(shí)對多個(gè)儀表供電時(shí)，如有高電平電路的輸出電流流過(guò)電源，這個(gè)電流就會(huì )在電源內阻上產(chǎn)生壓降，形成干擾電壓，造成對其它低電平電路的干擾。

信號輸出電路相互干擾，當電子測量裝置的信號輸出電路帶有多路負載時(shí)，如果有任一路負載發(fā)生變化，此變化者將通過(guò)輸出阻抗公共耦合而影響到其它輸出電路。

由接地線(xiàn)阻抗形成的公共耦合干擾，如果電子測量裝置的公共線(xiàn)接地時(shí)，若在接地線(xiàn)上有較大電流通過(guò)，會(huì )通過(guò)接地線(xiàn)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(guò)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(guò)各種耠合通道進(jìn)入電子測量裝置，對其產(chǎn)生干擾，引起測量誤差，根據噪聲進(jìn)入測量電路的方式不同及與有用信號的關(guān)系，可將噪聲干擾分為差模干擾與共模干擾。

差模干擾是檢測儀表的一個(gè)信號輸入端于相對于另一個(gè)信號輸入端子的電位新式發(fā)生變化而產(chǎn)生的干擾，即干擾信號與有用信號是疊加在一起，直接作用于輸入端，因此，它直接影響測量結果。

共模干擾是相對于公共的電位基點(diǎn)（通常為接地點(diǎn)）。在檢測儀表的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現的干擾，雖然這種干擾不直接影響測量的結果，但是，當信號輸入電路參數不對稱(chēng)時(shí)，這種共模干擾就會(huì )轉化為差模干擾，對測量結果產(chǎn)生影響，而在實(shí)際測量中，由于共模干擾的電壓值一般都比較大，而且其耦合機理及其耦合電路也比較復雜，排除較為困難，所以，共模干擾比差模干擾對測量的影響更為嚴重。

5 電磁干擾的排除

電磁干擾對測量結果的影響程度是相對于信號而言，高電平信號允許有較大的干擾，而信號電平信號允許有較大的干擾，而信號電平越低，對干擾的限制也就越嚴格，通常干擾的頻度范圍很寬，但對一臺電子儀器來(lái)說(shuō)，并不是所有頻率的干擾所造成的結果都有相同的，對直流測量?jì)x表，由于儀器本身具有低通濾波特性，因此對頻率較高的交流干擾不敏感；對于低頻測量?jì)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，對于工頻干擾，用濾波器會(huì )將50Hz的有用信號濾掉，因此工頻干擾是對低頻電子儀表的最嚴重且不易除去的干擾，對于寬頻帶電子儀表，在工作頻帶內的各種干擾都將起作用。抑制干擾應著(zhù)眼于噪聲形成的三個(gè)要素，根據具體情況，有針對性地采用相應措施。一般常用采用的有五種方法：

5．1接地

在進(jìn)行電子測量時(shí)，接地是抑制干擾的主要方法之一，即將設備的地線(xiàn)或接地面與大地實(shí)行低阻抗連接，接地主要目的是：

（1）給出設備的零電位基準（統一參考電位點(diǎn)）；

（2）防止在設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）將設備機殼或屏蔽層等接地，給高頻干擾電壓形成一個(gè)低阻抗通路，以防止它對電子設備的干擾。

5．2連接線(xiàn)

在電子測量裝置和被測電子產(chǎn)品中，需要很多的連接線(xiàn)，連接導線(xiàn)是引起干擾的重要原因，應考慮正確布置這些連接線(xiàn)，減少各種寄生耦合。導線(xiàn)的引線(xiàn)電感對于低頻來(lái)說(shuō)，沒(méi)有大的影響，但對高頻的影響是不能忽視的，必須盡量減少引線(xiàn)電感，為了抑制感應干擾，高頻時(shí)應采用同軸電纜或屏蔽雙絞織線(xiàn)，且導線(xiàn)應盡可能短；在測試系統中，有不同用途的連接導線(xiàn)，如電源線(xiàn)、射頻線(xiàn)、音頻線(xiàn)、控制線(xiàn)等，要進(jìn)行分類(lèi)，使不同類(lèi)別的導線(xiàn)盡量遠離，且不要平行排列，為了避免輻射耦合，連接導線(xiàn)最好使用屏蔽線(xiàn)，此外導線(xiàn)的粗細與噪聲有關(guān)，要選擇適當的連接導線(xiàn)，是測量前的準備。

5．3屏蔽

為了抑制電磁干擾，無(wú)論是外部干擾，還是內部干擾，都必須對干擾源或接收器進(jìn)行屏蔽，然而，在電子測量中，這種方法只能應用于抑制外部干擾，對于測試系統內的干擾，采用屏蔽是不太可能。

5．4浮置

浮置是指電子測量裝置的公共線(xiàn)（信號地線(xiàn)）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電路引開(kāi)，即不讓干擾電流經(jīng)信號線(xiàn)，而是讓干擾電流流經(jīng)機殼或屏蔽層到大地，浮置是阻斷干擾電流的通路，測量系統被浮置后，加大了測試系統公共線(xiàn)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，浮置不是絕對的，測試系統公共線(xiàn)與大地之間的阻抗雖然很大（絕緣電阻級），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重要措施，無(wú)論是抑制干擾源和消除耦合或提高系統的抗干擾能力，都有可以采用濾波技術(shù)，任何使用交流電源的電子設備，噪聲會(huì )通過(guò)電源線(xiàn)傳導耦合到電路中，形成干擾，為了抑制這種干擾，在測試系統的交流電源進(jìn)線(xiàn)端使用濾波器是十分必要的也是常用的抗干擾方法。

在測量過(guò)程中，會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題，需要測量技術(shù)人員認真進(jìn)行分析解決，不要輕易被測電子產(chǎn)品下不合格結論，一定要分清是測量?jì)x器問(wèn)題、測量方法問(wèn)題、測量環(huán)境問(wèn)題與其無(wú)關(guān)時(shí)，才可給被測產(chǎn)品下結論。尤其是在自動(dòng)測試過(guò)程中，測量人員要善于分析測量結果，排除各種干擾，提高測量的準確性和可靠的數據。測量人員必須具備良好的業(yè)務(wù)素質(zhì)，還要具備分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。