探讨电子测量仪器使用中的EMC问题

　　电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。

　　1 概述

　　目前人们已逐步认识到电子产品电磁兼容的关系与生活越来越密切，彩电、计算机和通讯产品是否有电磁干扰，这些产品的电磁兼容状况如何，国家对此颁发了许多有关标准，电磁兼容性已成为考核电子产品性能质量的一个重要的参数。电磁兼容性是任何电子工程、系统设备的主要性能指标之一。

　　2 电子测量中的电磁兼容问题

　　当我们开展对电子产品进行电磁兼容测试时，一个很容易忽视的问题，就是电子测量仪器本身也存在着电磁兼容的问题。

　　因为，在电子测量中，测试系统和仪器设备的功能、等性能指标是衡量系统和仪器测试准确度的重要的因素。许多测试系统是由很多不同的仪器组合起来的，相互间存在着不同程度的干扰，尤其是被测对象电磁兼容性不良时，与测试系统间的影响是非常严重的，甚至可能导致错误的测量结果。

　　事实上，任何的检验装置均要在一定的电磁环境下工作，电磁环境中的意外的电磁能量会使检验装置的技术性能降低，或造成性的破坏，这种电磁效应主要取决于检验装置的敏感特性。电磁环境往往是由大量的不同特性的干扰源主生，决定的因素很多，而且是随机变化的，这些干扰会影响测试系统和仪器设备的可靠性和使用性，为了控制电磁干扰，就要识别各类干扰，并采取相应的防护方法。学会区分电磁干扰的本质部分。

　　3 透过现象看本质

　　我们在开展测量时，有的电子测量装置在工作中，有时会出现某些不正常的现象，产生这些现象的原因，一方面可能是由于仪表本身电路结构不合理，工作原理不完善，元器件质量差，制造工艺存在缺陷等问题；另一方面可能是由于仪表的工作环境（条件）发生变化。因此，从事电子测量的技术人员，在遇到上述类似现象，出现测量异常或不可信服的测量结果时，不能简单地认为仪器或被测样品出现问题，而应该首先检查是否存在干扰，查找干扰源，并应尽量排除各种干扰，使测量更加准确。

　　对存在的问题应进行分析，在电子测量装置中，存在着各种联系，可分为内部和外部联系。这些外部因素，当处于正常状况时，对电子测量装置和仪器表并没有什么坏影响，有些还是必需和有用的，但是当这些外部因素发生变化时，将对电子测量装置发生影响，便变成为有害的联系，成为外界干扰的来源。仪器仪表和电子测量装置的内部各部分之间也是相互联系的。

　　对于来自外部的干扰，可通过适当的抗干扰措施加以解决。对于来自电子测量装置和仪器仪表的内部干扰，可通过装置的正确设计及合理布局加以消除削弱。

　　4 电磁干扰的产生和分析

　　在检测中我们遇到电磁干扰，常见的有电噪声。检测仪表在工作时，噪声总是叠加在有用信号上，影响测量结果，有时甚至会完全将有用信号淹没掉，使测量工作无法进行，在测量过程中应尽量提高信噪比，使有用信号抑制噪声的干扰。

　　4.1噪声的产生

　　噪声的种类繁多，其产生、传递及抑制的方法也各不相同，以产生的原因来分类，有内部噪声和外部噪声。

　　内部噪声是指检测仪表和装置内部或器件本身产生的噪声。

　　外部噪声是指从外部侵入检测仪表和装置的噪声，其中影响比较严重的是工频噪声，对检测仪表是影响的干扰；而辐射噪声是由大功率发射、接收装置等产生的噪声，通过辐射或通过电源线会给电子测量装置造成很大的干扰。

　　4.2噪声的传播

　　噪声的传播来源于噪声源，不同的噪声必有各自不同的噪声源，噪声源必须通过一定的耦合途径进行传播，才能将噪声送至检测仪表和装置中，对其正常工作造成影响而形成干扰，因此，噪声形成干扰必须具备以下途径：a、噪声源；b、对噪声敏感的接收电路或装置；c、噪声源到接收电路之间的噪声通道。

　　噪声可能通过公共导线，设备间电容相邻导线的互感空间辐射以及交变电磁场中的导线途径，将噪声源耦合和合到接收电路中，耦合方式主要有传导耦合和辐射耦合，有些噪声可通过传导和辐射两种途径传输。

　　传导耦合分为电容性耦合、电感性耦合、公共阻抗耦合和漏电流耦合。

　　电容性耦合是由检测仪表和装置内的寄生电容形成的耦合，其干扰电压正比于噪声源的角频率、分布电容、接收电路的输入阻抗。

　　电感性耦合是由于噪声源中通过交变电流所形成的交变磁场与周围回路交链，在高敏感接收回路中产生感应而形成，其干扰电压正比于噪声源角频率、互感系数和噪声源电流。

　　公共阻抗耦合是由于两个电路存在着公共阻抗，当一个电路中有电流通过时，通过公共阻抗便在另一个电路中产生干扰电压、形成公共阻抗耦合干扰，其干扰电压正比于公共阻抗和噪声源电流。公共阻抗耦合是检测仪表中常见的一种干扰，一般有以下几种形式：

　　由电源骨阻形成的公共阻抗耦合干扰，当用同一个电源同时对多个仪表供电时，如有高电平电路的输出电流流过电源，这个电流就会在电源内阻上产生压降，形成干扰电压，造成对其它低电平电路的干扰。

　　信号输出电路相互干扰，当电子测量装置的信号输出电路带有多路负载时，如果有任一路负载发生变化，此变化者将通过输出阻抗公共耦合而影响到其它输出电路。

　　由接地线阻抗形成的公共耦合干扰，如果电子测量装置的公共线接地时，若在接地线上有较大电流通过，会通过接地线阻抗产生公共阻抗耦合干扰。

　　漏电流耦合是由于绝缘不良时，电流经绝缘电阻的漏电流所引起的噪声干扰。

　　电磁辐射耦合是指干扰源通过空间辐射将干扰传递给接收电路，接收电路受到干扰的程度与所处位置的干扰强度成正比。

　　4.3电磁干扰的方式

　　各种噪声源产生的噪声，必然要通过各种耠合通道进入电子测量装置，对其产生干扰，引起测量误差，根据噪声进入测量电路的方式不同及与有用信号的关系，可将噪声干扰分为差模干扰与共模干扰。

　　差模干扰是检测仪表的一个信号输入端于相对于另一个信号输入端子的电位新式发生变化而产生的干扰，即干扰信号与有用信号是叠加在一起，直接作用于输入端，因此，它直接影响测量结果。

　　共模干扰是相对于公共的电位基点。在检测仪表的两个输入端子上同时出现的干扰，虽然这种干扰不直接影响测量的结果，但是，当信号输入电路参数不对称时，这种共模干扰就会转化为差模干扰，对测量结果产生影响，而在实际测量中，由于共模干扰的电压值一般都比较大，而且其耦合机理及其耦合电路也比较复杂，排除较为困难。

　　5 电磁干扰的排除

　　电磁干扰对测量结果的影响程度是相对于信号而言，高电平信号允许有较大的干扰；对于低频测量仪器，若输入端装有滤波器，则可将通常以外的干扰滤除；但是，对于工频干扰，用滤波器会将50Hz的有用信号滤掉，因此工频干扰是对低频电子仪表的严重且不易除去的干扰，对于宽频带电子仪表，在工作频带内的各种干扰都将起作用。抑制干扰应着眼于噪声形成的三个要素，根据具体情况，有针对性地采用相应措施。一般常用采用的有五种方法：

　　5.1接地

　　将设备的地线或接地面与大地实行低阻抗连接，接地主要目的是：

　　（1）给出设备的零电位基准；

　　（2）防止在设备外壳或屏蔽层上由于电荷积聚，电压上升而造成人身和仪器的不安全，或引起火花放电；

　　（3）将设备机壳或屏蔽层等接地，给高频干扰电压形成一个低阻抗通路，以防止它对电子设备的干扰。

　　5.2连接线

　　在电子测量装置和被测电子产品中，需要很多的连接线，连接导线是引起干扰的重要原因，应考虑正确布置这些连接线，减少各种寄生耦合；在测试系统中，有不同用途的连接导线，要进行分类，使不同类别的导线尽量远离，且不要平行排列，为了避免辐射耦合，连接导线使用屏蔽线，此外导线的粗细与噪声有关，要选择适当的连接导线，是测量前的准备。

　　5.3屏蔽

　　为了抑制电磁干扰，无论是外部干扰，还是内部干扰，都必须对干扰源或接收器进行屏蔽，然而，在电子测量中，这种方法只能应用于抑制外部干扰，对于测试系统内的干扰，采用屏蔽是不太可能。

　　5.4浮置

　　浮置是指电子测量装置的公共线（信号地线）不接大地。浮置与屏蔽接地相反，屏蔽接地的目的是将干扰电流从信号电路引开，浮置是阻断干扰电流的通路，测量系统被浮置后，加大了测试系统公共线与大地之间的阻抗，大大减少了共模干扰电流，可以提高共模干扰抑制能力。

　　5.5滤波

　　滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施，无论是抑制干扰源和消除耦合或提高系统的抗干扰能力，都有可以采用滤波技术。

　　在测量过程中，会遇到各种各样的问题，需要测量技术人员认真进行分析解决，不要轻易被测电子产品下不合格结论，一定要分清是测量仪器问题、测量方法问题、测量环境问题与其无关时，才可给被测产品下结论。