电子仪器仪表中电磁干扰的抑制方法研究

随着电子技术的快速发展，电子仪器仪表在工业生产、科学研究等领域得到广泛应用。然而，复杂的电磁环境对仪器仪表的正常工作造成严重影响。电磁干扰不仅降低测量精度，还可能导致设备故障。因此，研究电磁干扰的抑制方法具有重要的理论意义和实用价值。

1.电磁干扰的基本理论

1.1 电磁干扰的定义和分类

电磁干扰指的是任何可能中断、阻碍、降低或限制电子设备有效性能的电磁现象。从干扰源性质出发，可分为自然干扰源与人为干扰源。自然干扰源包括雷电、太阳黑子活动产生的电磁辐射等，雷电瞬间释放的强大电磁能量，能在广阔空间产生剧烈电磁波动，影响电子设备正常运行。人为干扰源涵盖各类电子设备，如通信基站、工业电机等，通信基站持续发射射频信号，若周边电子设备抗干扰能力不足，易受其干扰。按干扰信号特征，又可分为脉冲干扰、连续波干扰等。脉冲干扰具有突发性、高能量特点，如电气设备的开关操作产生的脉冲干扰，可能损坏电子元件；连续波干扰则以稳定频率持续发射，长期影响电子设备信号接收与处理。

1.2 干扰源特征分析

干扰源特征对研究电磁干扰至关重要。自然干扰源中，雷电干扰能量巨大，单次雷电放电电流可达数十千安，频谱范围极宽，从低频到高频均有分布，对电力系统、通信设施危害严重。太阳黑子活动产生的电磁辐射，强度随太阳活动周期变化，会干扰卫星通信、地面导航系统。人为干扰源方面，工业电机运行时，由于电流的急剧变化，产生谐波干扰，其谐波频率丰富，会影响周边电子设备的电能质量。数字电路中的时钟信号作为常见干扰源，具有固定频率，以特定周期产生脉冲信号，若电路设计不合理，时钟信号易耦合到其他电路，引发信号失真，干扰设备正常工作。

1.3 传播途径研究

电磁干扰传播途径主要有传导和辐射两种。传导干扰通过导体传播，如电源线、信号线等。当干扰源产生的干扰信号加载到电源线上，会随着电流传输至与之相连的其他设备，影响设备正常供电，导致设备故障。例如，工业设备的干扰通过电源线传导至电网，干扰其他接入电网的电子设备。辐射干扰则以电磁波形式在空间传播，干扰源如同发射天线，将干扰信号向周围空间辐射。电子设备的外壳、线路板上的走线都可能成为辐射源，如手机天线发射的信号，若周边有灵敏电子设备，可能会接收到辐射信号，造成通信干扰、数据传输错误等问题。

2.电磁干扰抑制技术

2.1 电磁屏蔽技术研究

电磁屏蔽技术是抑制电磁干扰的重要手段。通过使用导电或导磁材料制成屏蔽体，将干扰源或受干扰对象包围起来，阻止电磁能量传播。金属材料因良好导电性，广泛用于制作电磁屏蔽体。对于电场屏蔽，利用金属屏蔽体对电场的反射与吸收作用，如铜质屏蔽罩可有效阻挡电场干扰，使内部电子设备免受外界电场影响。对于磁场屏蔽，常选用高磁导率材料，如坡莫合金，其能引导磁场线，减少磁场泄漏。在电子设备中，如电脑主机机箱采用金属材质，不仅能屏蔽内部电路产生的电磁辐射，防止干扰其他设备，还能阻挡外界电磁干扰进入，保障电脑正常运行。

2.2 接地系统优化设计

优化接地系统对抑制电磁干扰意义重大。良好接地能为干扰电流提供低阻抗通路，使其流入大地，避免干扰信号在电路中乱窜。接地系统设计需考虑接地电阻、接地方式等因素。降低接地电阻可通过增加接地极数量、改善接地极周围土壤导电性等方式实现，确保干扰电流能快速、顺畅流入大地。接地方式有单点接地、多点接地与混合接地。在低频电路中，单点接地可有效避免地环路干扰，各电路模块的接地端连接到同一接地参考点；高频电路则适合多点接地，减少接地电感影响。在复杂电子设备中，常采用混合接地方式，根据不同电路特性选择合适接地方式，提升设备抗干扰

能力。

2.3 PCB 布局布线技术

PCB 布局布线技术在电磁干扰抑制中起着关键作用。合理布局电子元件，可减少元件间电磁耦合。将敏感元件与干扰源元件分开布置，如将模拟电路与数字电路分区布局，避免数字电路高速信号对模拟电路产生干扰。在布线方面，控制走线长度与宽度，走线长度过长易产生电磁辐射，宽度过小会增加线路阻抗，影响信号传输。采用合理的布线拓扑结构，如星型拓扑可减少信号传输过程中的反射与干扰。同时，通过增加地线层、电源层，利用其屏蔽作用，降低电磁干扰。例如，在多层 PCB 设计中，将电源层与地线层相邻放置，可有效减小电源与地之间的电磁干扰。

3.抑制方案实现与验证

3.1 滤波电路设计方案

滤波电路设计是抑制电磁干扰的常用方案。针对不同频率的干扰信号，设计相应滤波器。低通滤波器可阻挡高频干扰信号，让低频信号顺利通过，常用于去除电源线上的高频噪声，保障设备供电稳定性。高通滤波器则相反，允许高频信号通过，抑制低频干扰，如在通信电路中，可用于滤除低频杂波，提高通信信号质量。带通滤波器能选择特定频率范围内的信号，抑制其他频率干扰，在信号处理电路中广泛应用。滤波器设计需考虑元件参数选择，如电容、电感值，根据干扰信号频率特性与电路需求，精确计算确定，确保滤波器对干扰信号有良好抑制效果。

3.2 综合抑制措施实施

实施综合抑制措施，将多种抑制技术协同运用。在电子设备设计制造过程中，结合电磁屏蔽、接地优化与 PCB 布局布线技术。对设备外壳进行电磁屏蔽处理，减少内部电磁辐射泄漏；优化接地系统，确保干扰电流有效泄放；合理布局布线 PCB，降低元件间电磁耦合。例如，在汽车电子控制系统中，采用金属屏蔽罩隔离车内电机等干扰源，优化车身接地系统，合理设计电路板布局布线，有效抑制汽车复杂电磁环境下的干扰，保障电子控制系统稳定运行。同时，根据实际需求，可增加滤波电路、使用屏蔽线缆等，进一步提升抑制效果。

3.3 效果测试与分析

效果测试与分析是评估抑制方案有效性的关键环节。通过专业测试设备，如频谱分析仪、电磁干扰测试系统等，对实施抑制措施后的电子设备进行测试。在测试环境中，模拟实际电磁干扰场景，测量设备在干扰环境下的各项性能指标，如信号强度、误码率、工作稳定性等。对比抑制措施实施前后的测试数据，分析干扰信号强度变化、设备性能提升情况。若测试结果未达到预期，需深入分析原因，可能是抑制技术实施不到位，如屏蔽体存在缝隙、接地电阻过大，或滤波电路参数不合理等，针对性调整优化抑制方案，直至达到良好的电磁干扰抑制效果。

4 结语：

本文通过理论分析和实验研究，系统地探讨了电子仪器仪表中电磁干扰的抑制方法。研究表明，采用电磁屏蔽、接地优化和滤波设计等综合措施，可以有效降低电磁干扰的影响。这些研究成果为提高电子仪器仪表的抗干扰能力提供了重要的技术支持。

参考文献：

[1]张明远,李海涛,王大勇.基于多层屏蔽结构的精密仪器电磁干扰抑制研究[J].仪器仪表学报,2023,44(3):121-128.

[2]陈建华,郑小平,刘伟东.电子设备电磁兼容设计中的接地优化技术[J].电子测量与仪器学报,2022,35(8):156-163.

[3]吴国强,黄晓东,马志远.高精度测量仪器中 EMI 滤波电路设计方法研究[J].电子技术应用,2023,49(5):89-95.

[4]林德华,孙文博.PCB 布局布线对电磁干扰抑制效果的影响分析[J].电子与封装,2022,22(4):45-51.