摘要：介紹了TV+DVD COMBO機開路狀態(tài)下易產(chǎn)生的干擾，針對其現(xiàn)象對干擾源、干擾現(xiàn)象、傳播路徑及敏感器件的進行了分析，并通過相應措施的應用，達到對此狀態(tài)接收機電視信號質量的改善。文中著重介紹了電源部分產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象、產(chǎn)生源及干擾抑制方法。
關鍵詞：開路；干擾源；傳播路徑；敏感器件；電磁兼容性(EMC)

    隨著數(shù)字信息時代的來臨，普通電視機逐漸普及并具有超大信息存儲容量的DVD碟片和DVD播放器逐漸成為人們獲取信息的主要途徑。由于采用一體化設計，TV+DVD COMBO機不僅省去了聯(lián)接線和復雜的連接方法，而且用戶僅需一只遙控器，就可完成TV和DVD的全部功能操作，只要按一下DVD或TV鍵就可方便地實現(xiàn)TV和DVD之間的轉換。
    這款TV+DVD COMBO機與普通電視機相比，它具有內(nèi)置DVD播放器設計使TV和DVD共用部分電路資源節(jié)省成本，同時又能簡化用戶的連接和操作。隨著人們對電視圖像質量要求的不斷提高，電視接收機信號干擾問題日漸成為電路設計者所要首先考慮的問題。電視接收機在不同的環(huán)境和條件下會受到不同種類、不同程度的干擾，所以對電視接收機干擾問題也相對復雜些。
    而開路狀態(tài)即電視信號不是通過同軸電纜進行信號傳輸，而是通過大氣作為媒介用天線來接收電視信號的接收方式。這種狀態(tài)下的外界干擾會比閉路狀態(tài)下更為嚴重。但一般狀態(tài)下形成干擾要滿足3個基本要素：干擾源、傳播路徑、敏感器件，如圖1所示。

    從這些方面考慮電磁干擾，以達到對TV+DVD COMBO機開路接收的抗干擾性進行分析和改善，從而達到更好的電磁兼容性(EMC)。由于電磁干擾的原因，工作在規(guī)定的電磁環(huán)境安全范圍內(nèi)的電氣和電子的系統(tǒng)、裝置和設備，他們的設計水平或性能上沒有造成不可接受的下降，這種能力就是電磁兼容性。

1 接收機干擾種類
    任何可能引起裝置、設備或系統(tǒng)性能降低或對生命物質或對無生命物質產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象，叫電磁騷擾。它可能是由電磁噪聲、無用信號或傳播媒介自身的變化。對于電視接收機而言，它就是干擾源，用數(shù)學語言描述數(shù)字信號、開關電路、脈動發(fā)生電路和大功率控制電路等，在極短時間內(nèi)電壓電流急速變化的場合，含有電感和電容的電路通斷的場合。
    不同的交流電源干擾來自，外來噪聲是外界干擾，內(nèi)部噪聲是機內(nèi)噪聲。

    除此之外，噪聲按傳遞途徑分類

    文中從外部和內(nèi)部對電視接收機的干擾進行分析。
1．1 外部干擾
    外部干擾是由電視機本身產(chǎn)生降低電視信號質量的干擾，一般多為輻射干擾，如：外界雷電、繼電器運作、開關動作電路等。當這些du／dt，di／dt值較大的干擾耦合進電視接收機，會對其產(chǎn)生嚴重的影響，重者會使電視機損壞，這種干擾又分自然干擾和人為干擾。
1．2 內(nèi)部干擾
    一般情況下，受外界干擾的程度和強度由環(huán)境因素決定，所以改善TV+DVD COMBO機的電視信號效果要從電視機芯電路設計著手，也就是對電視機本身性能的研究。當外界條件穩(wěn)定的情況下，電視信號接收效果越好，說明該電視接收性能越強。針對不同的電視接收機，不同機芯電路設計，在干擾種類和形式上基本相同，但不同的機芯電路設計有細微的干擾差別。
1．2．1 PCB設計及布線
    良好的印制電路板(PCB)設計和布線在電磁兼容性中是一個重要的因素。大多數(shù)PCB布線受限于電路板的大小和銅板的層數(shù)。一些布線技術可以用于一種電路，卻不能用于另一種，這便主要依賴于布線工程師的經(jīng)驗。所以PCB設計及布線成功的話將減少絕大部分的電磁干擾。如果布線不當會產(chǎn)生干擾。

(1)線路板分區(qū)不合理：如強、弱信號、數(shù)字、模擬信號距離不當。干擾源(電源)與大信號區(qū)過近，干擾頻譜如圖4所示。這種干擾一般是通過電磁輻射耦合到相應的敏感區(qū)引起的。

    (2)單片機總線與小信號區(qū)距離不當，產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，如圖5所示。這種干擾是由于單片機產(chǎn)生的干擾通過傳導或輻射耦合到小信號區(qū)。

    (3)電路板的走線是主要的輻射源。走線產(chǎn)生的輻射主要是由于邏輯電路中電流的突變，在導線的電感上產(chǎn)生了感應電壓，這個電壓會產(chǎn)生較強的輻射。
    另外，由于導線起著輻射天線的作用，所以導線越長，輻射效率越高，產(chǎn)生的干擾程度越強。
    (4)線路板上有較大的環(huán)路面積，易形成輻射源。
    (5)布線是直角路徑會在其內(nèi)部的邊緣產(chǎn)生集中的電場。該電場能產(chǎn)生耦合到相鄰路徑的噪聲。
    (6)布線的間距過小易產(chǎn)生電容耦合的干擾，一般在走線距離方面有簡單的規(guī)定。
    (7)電源線的地線過窄，以致電源線和地線的阻抗相對較大，從而電流流過時產(chǎn)生一定的壓降，對敏感區(qū)造成過大的干擾。
    可見，PCB設計和布線是提高電視接收機抗干擾能力應考慮的因素。
1．2．2 開關電源部分
    干擾種類及現(xiàn)象：開關電源的差模、共模濾波器，由C801，T801和C802組成，抑制供電電路引入的各種電磁干擾掉，消除電網(wǎng)電壓中高頻干擾脈沖；由于共模濾波器具有雙向性，即可將隨交流電供電線路引入的干擾信號抑制之外，還可將由開關穩(wěn)壓電源高頻振蕩注入交流市電的電磁干擾抑制，而且后者的濾波效果更明顯。如圖6(a)～圖6(d)分別為電容C802前后的頻譜圖和波形圖，可見經(jīng)過差模電容后干擾程度明顯減弱。

開關電源主要引起電視接收機的噪點干擾，輕微干擾，如圖6所示；嚴重干擾時會形成S紋狀干擾，如圖7所示。

    開關電源抑制電路由C873，C852，D843，R851組成。在開關管Q801截止時，變壓器在(1)～(3)繞組上產(chǎn)生突變的開關干擾電壓，此電壓通過D843對C873，C852充電。由于D843正向導通電阻很小，故充電時間短，使(1)～(3)繞阻上的能量在開關管Q801截止的瞬間有一個釋放通路。這樣，開關變壓器(1)～(3)兩端產(chǎn)生的突變電壓會大大減小，從而起到抑制開關干擾作用。而C852同時還對二極管兩端產(chǎn)生的尖峰電壓進行濾波。其他形成原因和抑制方法如表1所示。

    電容C835前后的地干擾情況有較大差別，電容的濾波效果明顯，如圖8(a)和圖8(b)分別為電容濾波前后的頻譜圖。

    開關電源部分還具體研究了C808，C809，C817，C830，C851(冷地部分兩個地之間的耦合電容)，C832，C833，C852，C864幾個電容的濾波效果，如表2所示。通過對上述電容的分析，可知電容的濾波作用不是電容越大狀態(tài)越好，而是根據(jù)具體的電路匹配適合的電容，頻率決定電容的選擇，電壓決定耐壓的選擇，同時還要考慮器件選擇的成本問題。

1．2．3 DVD部分
    在DVD部分，它有兩個地線回路：一是DVD的地線，一是在主機芯板上與12 V的DVD供電電源形成回路的地線。對于后一個回路的不同接點會形成一定的干擾。地線回路路徑如PCB圖8，當把C818正極與它下面的地線連接可以形成地線環(huán)路如PCB圖10所示，這種情況下會引入大信號地的干擾，當觀看DVD靜態(tài)畫面時出現(xiàn)波紋干擾。而在J917處接通地線回路時，就不會出現(xiàn)上述干擾現(xiàn)象，這是因為這個回路沒有走大信號的地，從而沒有串入干擾。

2 干擾傳播路徑
    干擾傳播的途徑如圖10所示。有通過電源線、信號線、地線、大地等途徑傳播的“傳導傳播”，也有通過空間直接傳播的“輻射傳播”。
2．1 輻射傳播
    電場(E場)產(chǎn)生于兩個具有不同電位的導體之間。電場的單位為m／V，電場強度正比于導體之間的電壓，反比于兩導體間的距離。磁場(H場)產(chǎn)生于載流導體的周圍，磁場的單位為m／H，磁場正比于電流，反比于離開導體的距離。當交變電壓通過網(wǎng)絡導體產(chǎn)生交變電流時，產(chǎn)生電磁(EM)波，E場和H場互為正交同時傳播。傳播速度由媒體決定；在自由空間等于光速3×108m／s。在靠近輻射源時，電磁場的幾何分布和強度由干擾源特性決定，僅在遠處是正交的電磁場，如圖12所示。

2．2 傳導傳播
    產(chǎn)生傳導干擾可以為差模(在火線和零線之間或信號線之間)或共模(在火線／零線／信號和地線之間)，也可以為兩者的組合。對于信號和控制線，僅限制共模電流。對于電源端口，在遠端要測量火線和大地之間、零線與大地之間的電壓。差模發(fā)射通常與電源的低頻開關噪聲有關，而共模發(fā)射可能是由于高頻開關元件、內(nèi)部電路電源或內(nèi)部電纜的耦合引起的。
    通過被連接電路，兩根導線終端與地線之間存在著阻抗。這兩條線的阻抗一旦不平衡，在終端就會出現(xiàn)模式的相互轉換。即通過導線傳遞的一種模式在終端反射時，其中一部分會變換成另一種模式。

3 抑制干擾的措施
    電視接收機的電磁兼容性好壞應該從各個抑制干擾方面進行考慮，從而達到更佳的接收效果，下面將從5個方面進行分析。
3．1 元件的選擇
    所有的無源器件都包含寄生電阻，電容和電感。在高頻及EMC問題容易發(fā)生的高頻段，這些寄生參數(shù)經(jīng)常占主導地位，并使器件功能徹底發(fā)生變化。例如，在高頻，碳膜電阻或者變成電容，或者變成電感(由于引線自感和螺線)，這二者甚至會諧振，從而使結果變得更為復雜；線繞電阻在幾千赫茲以上是無用的，而1 kHz以下的碳膜電阻直到幾百兆赫茲仍保持其電阻性。電容由于其內(nèi)部結構和其外引線自感的影響會發(fā)生諧振，超過第一個諧振頻率點后，就呈現(xiàn)顯著的感抗。從EMC角度，表貼元件是首選器件，因為其寄生參數(shù)小得多，而且能在直到很高的頻率提供令人滿意的參數(shù)。比如，表貼電阻(1 kΩ以下)在l GHz時仍保持電阻性。對器件的限制還有功率(尤其是對付浪涌的)、dv／dt承受能力，di／dt承受能力等。
    對電容而言，陶瓷介質常具有最好的高頻率特性，所以表貼陶瓷電容往往是最好的。有些陶瓷介質具有很大的溫度或電壓系數(shù)，但COG或NPO材料沒有溫度及電壓系數(shù)可言，是性能非常穩(wěn)定的高質量高頻率電容器。但當容量大于l nF時，其外形比較大，且比其他介質的陶瓷電容貴得多。磁性元件應具有閉合磁路，這對抗擾度和發(fā)射都是重要的。
3．2 電路設計及線路板
    (1)保持環(huán)路面積最小。任意一個電路回路中有變化的磁通量穿過時，將會在環(huán)路內(nèi)感應出電流。電流的大小與磁通量成正比。較小的環(huán)路中通過的磁通量也較少，因此感應出的電流也較小，這就說明環(huán)路面積必須最小。
    (2)使導線長度盡量短。它不像信號環(huán)路那樣不容易識別，環(huán)路面積的盡可能小不可能立即看到，而導線的長短則是很顯然的。就是盡量使所有元件緊靠在一起，PCB設計人員不應將元件過于分散而占用更多的面積。
    (3)加強電源線和地線之間的電容耦合。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。
    (4)布線時避免90°折線，減少高頻噪聲的發(fā)射。
3．3 抑制干擾源
    抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du／dt，di／dt。這是抗干擾設計中的優(yōu)先原則，這可起到事半功倍的效果。這里所指的干擾源是對機芯而言，對于抵抗外界干擾源，可以通過切斷干擾路徑和提高敏感器件抗干擾性實驗。
    (1)將發(fā)射的頻譜嚴格限制在設計指標內(nèi)；(2)減小IC對電源的影響，可以在IC上并接一個高頻電容，進行濾波；(3)干擾源電路輸出的去耦／濾波；(4)屏蔽源端器件。

3．4 切斷干擾傳播路徑
    根據(jù)干擾的耦合路徑分為傳導和輻射干擾，所以切斷傳播路徑可以從濾波和屏蔽兩方面實現(xiàn)。
3．4．1 濾波
    高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器將有用信號和噪聲分離開，并對噪聲進行濾出。

    (1)電源濾波
    共模噪聲：在設備內(nèi)噪聲電壓的驅動下，經(jīng)過設備與大地之間的寄生電容，電纜與大地之間流動的噪聲電流，如圖13(a)所示。減小共模噪聲的方法是在電源線或信號線中串聯(lián)電感(共模扼流圈)、在導線與地之間并聯(lián)電容器、使用LC濾波器，如圖13(b)所示。共模扼流圈是將電源線的火線和零線(或信號線和回流線)同方向繞在鐵氧體磁芯上構成的，它對線間流動的差模電源電流和信號電流阻抗很小，而對兩根導線與地之間流過的共模電流阻抗很大。

    差模噪聲：電子設備內(nèi)噪聲電壓產(chǎn)生與電源電流或信號電流相同路徑的噪聲電流，如圖14所示。減小這種噪聲方法是在電源線和信號線上串聯(lián)電感(差模扼流圈)、并聯(lián)電容或用電感和電容組成低通濾波器，減小高頻的噪聲，如圖15所示。
    (2)器件濾波
    一般在開關器件等干擾發(fā)生器件上添加組合進行濾波。通常在二極管兩端用電感型濾波器或并接電容濾波，對開關管兩端接電容型濾波器進行濾波，將小信號電源輸入端接復合型濾波器濾波。針對不同頻率的干擾，采用不同的濾波方法。
3．4．2 屏蔽
    屏蔽是指用金屬材料將產(chǎn)生的噪聲封閉起來的方法，屏蔽對防止外部噪聲進入機體內(nèi)部及防止機體內(nèi)部之間干擾同樣有效。電場屏蔽和磁場屏蔽的方法是不同的。
    電場屏蔽：電場屏蔽中用導體將噪聲源包圍，然后接地，就能達到屏蔽的目的。并且，由于導體表面的反射損耗大，因此輕薄的(鋁箔、銅箔)材料也有良好的屏蔽效果。
    磁場屏蔽：常規(guī)屏蔽對低頻磁場是無效的，因為低頻場的屏蔽取決于反射而不是吸收。由于磁場的波阻抗低，因此反射損耗小。只有垂直于回路的磁通量分量才感應電壓，所以改變源和回路的相對方向具有一定效果。只有能提供高吸收損耗的材料才可能對磁場屏蔽，例如鋼、金屬或玻莫合金。隨著頻率升高，
    這些材料的導磁率降低，從而使屏蔽效果降低。而非磁性材料，例如銅或鋁變得更加有效。在100 kHz附近，它們的屏蔽效能大致相等。高導磁率材料在高場強中還會飽和，經(jīng)過加工還會損失磁導率。磁場屏蔽中，直流磁場／低頻磁場和高頻磁場的屏蔽方法是不同的。直流磁場／低頻磁場的屏蔽需要用厚的高導磁率材料包圍起來，高頻磁場的屏蔽要使用導電率高的材料完全封閉起來。
3．5 提高敏感器件抗干擾措施
    提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件考慮盡量減少對干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復的方法。提高敏感器件抗干擾性能的常用措施如下：
    (1)布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應噪聲；
    (2)布線時，電源線和地線要盡量粗，除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲；
    (3)對于單片機閑置的I／O口，不要懸空，要接地或接電源，其他IC的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下接地或接電源；
    (4)在速度能滿足要求的前提下，盡量降低單片機的晶振和選用低速數(shù)字電路；
    (5)IC器件盡量直接焊在電路板上，少用IC座。
3．6 降低電磁干擾的一些實踐經(jīng)驗
    (1)合理選用；(2)可用串聯(lián)一個電阻的辦法，降低控制電路上下沿跳變速率；(3)盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼；(4)使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時鐘；(5)時鐘產(chǎn)生器盡量靠近器件，石英晶體振蕩器外殼要接地；(6)用地線將時鐘區(qū)包圍，時鐘線應盡可能短；(7)I／O驅動電路盡量靠近印刷板邊，使其盡快離開印刷板，對進入印制板的信號和從高噪聲區(qū)來的信號都要濾波，同時用串聯(lián)終端電阻的辦法，減小信號反射；(8)集成電路中應盡量接地；(9)印制板應使用45°折線布線以減小高頻信號對外的發(fā)射與耦合；(10)印制板按頻率和應保持一定電流開關特性分區(qū)，噪聲元件與非噪聲元件距離；(11)單面板和雙面板用單點接電源和單點接地，電源線和地線應盡量粗，采用多層板以減小電源、地的容生電感；(12)模擬電壓輸入線、參考電壓端應遠離數(shù)字電路信號線；(13)對A／D類器件，數(shù)字部分與模擬部分不應交叉；(14)元件引腳盡量短；(15)關鍵導線要盡量粗，并在兩邊加上保護地，高速線應短且直；(16)對噪聲敏感的線不要與大電流、高速開關線平行；(17)石英晶體以及對噪聲敏感的器件下方不要布線；(18)弱信號電路和低頻電路周圍不要形成電流回路；(19)任何信號都不要形成環(huán)路，如不可避免，應保持環(huán)路區(qū)盡量??；(20)每個集成電路都應加一個去耦電容。每個電解電容邊上都加一個小容量高頻旁路電容。