干扰控制技术——连载-世纪电源网.DOC

电子系统设计：干扰控制技术——连载（一） １ 引言　　每个电气工程师和技术人员都希望他所设计的设备的成本比预期的低、进度提前、工作可靠，并且不会干扰其它设备。但是，由于电气噪气和电气干扰的存在，常常达不到这些目标。如果不能在有限的时间内解决这些问题，我们可能必须放弃这些项目或者采取修修补补的办法，浪费了我们投资项目的所有时间、金钱和努力。例如，如果数字系统超过联邦通信委员会（ＦＣＣ）对传导和辐射发射的限制，我们就不能在美国销售这些系统。大多数欧洲国家也有类似的要求，德国的ＶＤＥ０８７１是最严格的一个。在美国，军用设备必须满足ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６１。　　大多数电气工程课程和书籍不是忽略了电气噪声，就是将讨论局限于热噪声。结果，大多数工程师，在调试他们设计的第一个系统时就卷入噪声问题。这通常带来三个副作用：（１）调试需要比预期长得多的时间；（２）设计师的信心受到挫伤，（３）解决问题需要的干扰掏器件使制造成本提高１０～１５％。　　在我工作的早期，我发现了一个较好的办法：从开始就将干扰抑制措施设计进产品。这是一个包含四个步骤的过程：（１）理解干扰问题的类型，（２）设计电路时使这些问题减小到最小，（３）设计线路板、电缆的结构尽量消除这些问题，必要时，使用干扰抑制器件。（４）将系统分成模块调试，确认每个子系统组装正确、工作正常，在进行进一步组装前不会有任何问题。通过一开始就正确地设计系统，我经常提前完成任务，成本也较低，自我感觉良好。　　这本书包含了我作为实践电气工程师工作了１４成取得了广泛（有些是代价昂贵的）的经验，通过与合作者的讨论，和三年对电气干扰控制方法的研究成果。第２章到第４章概括了干扰的产生、接收的耦合途径。第５章到第８章概括了减小干扰问题的技术。第９章到第１５章的概括减小干扰的物理设计技术。第１６章概括了干扰问题的发现、确认和定位技术。附录中包含了电气干扰问题分析的详细资料和设计选择。　　作为本书研究的一部分，我在全国１８个大技术图书馆搜集了资料，总共研读了１１公斤以上的书籍、杂志、和会议录。在这些材料中，我发现了有关干扰控制的１８０本书籍，７３篇技术报告，和２３００篇杂志上发表的文章和论文。　　其中，最有价值的七个资料资源是：Henry W. Ott 的 Noise Reduvtion Techni- ques in Elecronic Systems,p，这本书全面概括了避免电气干扰问题的设计技术，是我发现的最好的参考书。William R. Blood的 MECL system Design Handbook,这本书对高速系统的设计作了详细论述。Ｒ Ｋenneth Keenan的 Digital Design for Interfe- rence Specifications,这本书论述了数字系统中的干扰控制技术。Donald R. J.Whit- er Handbook Series on Electromagnetic Interference and Compatibility,Volum3,这本书论述了在系统中确定干扰问题的技术。Ｆiltron公司的技术报告：Inter ference Reduction Guide for Design Engineers Volum1,提供了射频干扰控制设计的丰富数据，包括设计数据的图和表。这个领域内两本很好的杂志是ＥＭＣ Technology 和 ＩＥＥＥ　Ｔransactions on Electromagnetic Compatibility。 ２ 无源器件　　许多电气教科书中假设电阻、电容和电感是线性的，其阻抗为：Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝Ｒ????????? ?? Ω?? 对于电阻Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝Ｉ／j２πfC　? Ω??? 对于电容Ｚ＝Ｖ／Ｉ＝j２πfＬ?????? Ω?? 对于电感　　式中：f的单位是赫兹（图２－１），Ｚ、Ｖ、Ｉ是矢量。然而，在实际中,所有的器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在高频时起着主要作用。　　图２－２是实际电阻的集总阻抗模型。Ｒ是期望的电阻值，Ｌs是寄生串联电感，单位是亨利，Ｃp是寄生并联电容，单位是法拉第，由于电阻引线和内部结构产生的。在频率f处，电阻的阻抗是： 图２－１理想器件的阻抗特性 图２－２　实际电阻的集总阻抗模型 　　图２－３是实际电阻的典型的阻抗－频率曲线。注意两个明显的特性：高阻值电阻起始值较大，但随后下降，而低阻值的电阻起始虽小，但随后升高，然后下降。　　如果试验各种不同的Ｒ、Ｌs、Ｃp，我们发现Ｒ≈１．５５（Ｌs／Ｃp）１／２Ω是在阻抗曲线中不会产生尖峰的最低阻抗值。因此将：Ｒc＝１．５５（Ｌs／Ｃp）１／２Ω　　定义为电阻的临界值。如果电阻的阻