上海智覓智能科技有限公司 程 龍

前言

射頻電路在信號傳輸過程中會產(chǎn)生較強的電磁干擾，而其自身對電磁干擾的抵抗能力較弱，在同一電磁環(huán)境下運行的射頻電路容易產(chǎn)生互相干擾。因此，必須對射頻電路的電磁干擾作用進行分析，進而找到有效的抑制措施，構(gòu)建良好的公用電磁環(huán)境，實現(xiàn)電磁兼容，確保信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1.電磁干擾與電磁兼容概述

電磁干擾（EMI）具體是指電磁敏感設(shè)備在受到電磁干擾的情況下，會導致其功能性能指標下降，進而影響設(shè)備的正常使用。在此情況下，容易引起設(shè)備可靠性下降，導致系統(tǒng)功能異常，出現(xiàn)功能失效的情況。因此，在電磁敏感設(shè)備的應用過程中，必須做好電磁干擾抑制和防護工作。通過對電磁干擾進行分析，采取有效的抑制機制，形成EMI抑制標準，確保系統(tǒng)的正常運行。目前國際上的相關(guān)組織已經(jīng)制定了電磁兼容標準和頻譜分配規(guī)范，其中規(guī)定了電磁干擾發(fā)射的極限值，要求限制設(shè)備發(fā)射的電磁干擾。從電磁干擾機制來看，其三要素包括電磁干擾源、干擾傳輸?shù)鸟詈贤緩?、以及受干擾的敏感設(shè)備[1]。

電磁兼容（EMC）主要研究多個設(shè)備在同一個電磁環(huán)境下，各設(shè)備之間不受其他設(shè)備干擾、同時不會產(chǎn)生對其他設(shè)備干擾的運行機制。結(jié)合電磁干擾的內(nèi)容，EMC具體是指敏感設(shè)備在電磁發(fā)射時不允許導致或受到同一電磁環(huán)境下其他電磁發(fā)射設(shè)備的影響，導致性能下降。要實現(xiàn)電磁兼容目標，需要從電磁干擾三要素著手進行分析[2]。

2.射頻電路電磁干擾抑制關(guān)鍵點

2.1 電磁干擾分析

從電磁干擾的三要素來看，要對電磁干擾進行有效抑制，就需要從抑制干擾源、削弱干擾信號耦合途徑、增強設(shè)備抗干擾能力幾方面著手。具體而言，需要具備良好的電源平面和接地參考平面，對信號進行合理分層，并做好布線工作，通過采取架設(shè)金屬屏蔽罩、隔離強干擾源等措施，降低敏感設(shè)備可能受到的干擾信號。通過上述幾方面技術(shù)的綜合應用，提高設(shè)備抗干擾能力，營造良好的公用電磁環(huán)境。此外，在射頻電路產(chǎn)品設(shè)計過程中，還需要進行電磁兼容仿真分析、信號完整性分析，明確電磁干擾問題發(fā)生的可能性，并從源頭進行抑制，提高產(chǎn)品電磁兼容能力。對電磁干擾進行分析，是解決射頻電路電磁干擾的首要工作。射頻電路頻率一般在300MHz以上，電磁輻射能力強，可以將干擾信號看作輻射場，可以通過空氣等介質(zhì)傳播，影響被干擾電路。射頻電路本身屬于產(chǎn)生干擾能力強、抗干擾能力弱的設(shè)備，需要采取必要的電磁干擾抑制措施。

2.2 射頻電路電磁干擾抑制需求

基于電磁干擾三要素的分析，對射頻電路電磁干擾進行抑制，需要明確以下幾點：（1）從干擾源角度來看，射頻電路的頻段較高，存在高頻分量，空間輻射能力強；（2）從路徑耦合角度來看，射頻電路產(chǎn)生的電磁干擾可通過電場、磁場和電磁場等多種路徑傳播；（3）從敏感設(shè)備保護方面來看，設(shè)備電路存在大量敏感器件，包括射頻放大器、混頻器、壓控振蕩器等。這些特點決定了射頻電路電磁干擾突出，需要基于電磁兼容方法進行設(shè)計，最大化降低射頻電路之間的互相干擾。

3.射頻電路電磁干擾抑制與電磁兼容的實踐應用

3.1 電磁干擾抑制的基本途徑

機遇上述分析，射頻電路電磁干擾問題較為嚴重，針對這種情況，通過采用EMC設(shè)計方法，可以實現(xiàn)對EMI的有效抑制。具體可從以下幾方面著手：（1）在射頻電路設(shè)計過程中，除了要滿足功能指標，還要盡可能的降低信號高頻分量，多實用信號歪斜（slew rate）較慢的裝置；（2）合理設(shè)計PCB高頻器件位置，盡量遠離抗干擾能力弱的電路，避開對外連接器、電纜和縫隙位置；（3）確保高速信號阻抗匹配，減少高頻反射和輻射；（4）采用去耦電容防止在電源管腳處，對電源層和地層噪聲進行抑制；（5）對地層進行適當分割，避免干擾信號對敏感電路產(chǎn)生串擾輻射；（6）在高速走線旁應保留三倍線寬距離，在三倍線寬外設(shè)置多組接地孔，為高頻信號提供會回流路徑，達到降低輻射的效果。

3.2 接地設(shè)計

在射頻電路的實際設(shè)計應用過程中，電磁干擾抑制方法主要包含三大類，一是接地設(shè)計、二是屏蔽設(shè)計、三是濾波措施。其中，接地設(shè)計具體是將所有電路器件的低參考系連接到一起，得到公共參考點，讓電路電平和功能特性保持穩(wěn)定。在射頻電路印制板設(shè)計過程中，一般以獨立電源層與地層為參考平面，可以使信號回流的阻抗較小，從而縮短回流路徑，控制產(chǎn)生的電磁干擾。一般電源參考平面與印制板的邊緣距離應小于地平面與印制板邊緣的距離，這樣可以避免電源層的電磁場輻射產(chǎn)生干擾，同時起到屏蔽作用，防止外界電磁干擾。

3.3 屏蔽設(shè)計

屏蔽設(shè)計主要是指在兩個空間區(qū)域間，采用金屬隔離措施進行防護，控制電磁干擾通過電場、磁場或電磁波從一個區(qū)域擴散到另一個區(qū)域，對另一個區(qū)域產(chǎn)生輻射干擾。具體使用屏蔽體，將射頻電路和元器件等干擾源屏蔽起來，從而達到防止電磁場擴散、保護電路和設(shè)備不受外界電磁場干擾。采用金屬材料的屏蔽體是出于射頻信號頻率特點的考慮，由于其波長短、輻射能力強，采用低阻抗金屬材料可以吸收空間輻射電磁波。但采用金屬屏蔽體時，不可避免的存在信號輸入輸出端口和縫隙，需要在金屬屏蔽和內(nèi)加設(shè)特殊頻段電磁密封襯墊，確保屏蔽結(jié)構(gòu)的完整性。此外，應避免出現(xiàn)直接穿過屏蔽體的導體對屏蔽效果產(chǎn)生破壞。

3.4 濾波抑制措施

濾波抑制措施是防止射頻電路出現(xiàn)電磁干擾的有效措施。對于存在高次諧波分量的射頻電路，采取濾波處理措施更加必要。通過進行濾波處理，可以明顯降低傳導干擾電平，從而對干擾信號進行抑制。在電源電路中，若濾波器件為電感元件，一般只適用于窄信號頻率范圍，而在高頻段時，電感元件可能出現(xiàn)自激振蕩，而且可能會出現(xiàn)容性特征，從而導致濾波效果無法正常發(fā)揮。因此，一般在高頻電路設(shè)計中，需要采用磁珠消除傳輸線結(jié)構(gòu)中存在的RF噪聲。磁珠只允許直流通過，可以濾除高頻信號。在高頻條件下，磁珠會表現(xiàn)出較大阻抗，能夠?qū)⒏哳l干擾、噪聲吸收消耗掉。基于射頻電路的頻率范圍特點，應選擇磁珠進行濾波抑制，確保濾波抑制的有效性。

4.結(jié)束語

綜上所述，在進行射頻電路設(shè)計時，必須充分考慮電磁干擾抑制問題。通過對射頻電路電磁干擾特點和抑制機制進行分析，可以為射頻電路設(shè)計提供參考，針對電磁干擾三要素，綜合采用不同的抑制措施，確保電磁干擾抑制效果?；陔姶偶嫒葸M行射頻電路設(shè)計，能夠最大限度的抑制系統(tǒng)內(nèi)射頻電路的相互干擾，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

[1]涂冰峰.射頻電路中降低電磁輻射的思索[J].現(xiàn)代企業(yè)教育,2017(8):149-150.

[2]牟志新,丁高,張望.射頻電路PCB板的電磁兼容性設(shè)計[J].電子質(zhì)量,2016(1):62-65.