电路知识中干扰信号分类及其频率特性

干扰信号的频率特性：使用频谱仪进行波形观察，观察问题出现在频谱的哪个位置，便于找到问题的所在。

另外，一些低频电路的设计习惯需要注意。例如我惯用的单点接地对于低频应用是非常适合的，但是和公司大牛聊天，发现不适合于射频信号场合，因为射频信号场合存在更多的EMI问题。相信有些工程师会将单点接地应用到所有产品设计中，而没有认识到使用这种接地方法可能会产生更多或更复杂的电磁兼容问题。

我们还应该注意电路组件内的电流流向。由电路知识我们知道，电流从电压高的地方流向低的地方，并且电流总是通过一条或更多条路径在一个闭环电路中流动，因此有个很重要的规律：设计一个最小回路。针对那些测量到干扰电流的方向，通过修改PCB走线，使其不影响负载或敏感电路。那些要求从电源到负载的高阻抗路径的应用，必须考虑返回电流可以流过的所有可能的路径。

我们还需要注意PCB走线。导线或走线的阻抗包含电阻R和感抗，在高频时有阻抗，没有容抗。当走线频率高于100kHz以上时，导线或走线变成了电感。在音频以上工作的导线或走线可能成为射频天线。在EMC的规范中，不容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作(天线的设计长度等于某一特定频率的λ/4或λ/2)。如果不小心设计成那样，那么走线就变成了一根高效能的天线，这让后期的调试变得更加棘手。

干扰信号的频率特性‌是指干扰信号在不同频率下的表现和影响。干扰信号的特性极其复杂，其幅度、频率、相位等参数都可能随时间变化。为了更好地进行抗干扰分析，通常需要对干扰信号进行分类。根据干扰信号的产生机制，可以将其大致分为自然干扰和人为干扰两类。自然干扰主要包括大气噪声、宇宙噪声和热噪声等，其特性相对稳定，且通常服从一定的统计规律。人为干扰则来源广泛，包括电磁辐射、有意干扰和邻道干扰等，其特性更为复杂多变，难以预测‌1。

干扰信号的分类及其频率特性，‌窄带干扰‌：集中在一定的频率范围内，能量较为集中。‌宽带干扰‌：覆盖较宽的频率范围，能量较为分散。脉冲干扰‌：以脉冲形式出现，持续时间较短，但峰值功率较高‌1。针对不同类型的干扰信号，存在多种抗干扰方法：‌空间滤波技术‌：利用天线阵列的空间滤波特性，通过波束形成等技术，有效抑制来自特定方向的干扰信号。该方法在雷达、通信等领域应用广泛‌1‌时间域和频率域滤波‌：通过设计合适的滤波器来抑制特定频率的干扰信号。例如，在设计抗窄带干扰的滤波器时，需要考虑干扰信号的频率特性和信噪比，并采用合适的滤波器设计方法‌1。高频敏感设备应远离开关柜等干扰源，信号线采用双绞线或屏蔽线布线，重要系统配置在线监测装置，通过频谱特性分析与分级防护，可有效提升强电系统的电磁环境质量。干扰抑制需要结合具体频段特性，采取针对性的技术措施与管理手段。

在电源线上，无论哪两根导线都可能受到干扰，这些干扰通常可以分为共模干扰和差模干扰两类。共模干扰，其特点是在导线与地(或机壳)之间传输，呈现出非对称性的特性。它被定义为载流导体与参考地之间不应有的电位差。而差模干扰，则在两根导线之间传输，表现出对称性的特征。它被定义为两个载流导体之间不应有的电位差。在实际应用中，共模干扰往往幅度大、频率高，并且可能通过导线产生辐射，因此造成的干扰较为严重。相比之下，差模干扰的幅度较小、频率较低，所造成的干扰也相对较小。

共模干扰的电流方向(相位)是一致的，但电流大小可能不相等。在电气设备中，无论是自身产生的干扰还是外部侵入的干扰，共模干扰都占据主导地位。通常情况下，共模干扰并不会直接对设备造成危害。然而，一旦共模干扰转化为差模干扰，其干扰程度便会显著增强，因为差模信号是电气设备中正常工作的有用信号。差模干扰的电流方向(相位)相反，且电流大小相等。在电气设备中，差模干扰往往由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗的不连续性，以及信号回流路径中意外的通路等因素而产生。这些因素可能导致差模电流被转换为共模电流，从而对设备造成潜在的干扰。

共模干扰，其特性在于信号线上电压变化相同，且往往与地线之间存在电压差。在电气设备中，共模干扰主要由外部电磁场在信号线上感应出的电压、地线与信号线之间的电位差，以及接地系统的不合理等因素共同作用而产生。这些因素可能导致信号线上的电压与地线之间形成潜在的干扰。电网中串入的共模干扰电压。辐射干扰，如雷电、设备电弧、附近的电台或大功率辐射源，会在信号线上感应出共模干扰。这是由于交变的磁场引发交变的电流，而地线与零线回路面积与地线与火线回路面积的不一致，以及两个回路的阻抗差异，导致电流大小不等。

接地电压的不一致，即电位差，也会产生共模干扰。设备内部线路对电源线的影响也会造成共模干扰。共模干扰通常以共模干扰电流的形式存在。其产生原因主要有三个方面：电网串入的电压、辐射干扰在信号线上的感应，以及接地电压的不一致。共模干扰电流主要由三个因素引起：首先是外界电磁场在电路走线的所有导线上感应出的等幅同相电压，该电压进而产生电流;其次，由于电路走线两端所接器件的地电位存在差异，这种差异驱动下也会产生电流;再者，电路走线与大地之间的电位差也会直接导致共模干扰电流的形成。在面对共模干扰时，我们需要注意几个关键点。首先，要合理布局电路走线，以减少外界电磁场对其的干扰;其次，要确保电路走线两端所接器件的地电位尽可能一致，以降低地电位差带来的影响;此外，还需要关注电路走线与大地之间的电位差，采取有效措施避免其形成共模干扰电流。通过这些措施，我们可以更好地应对共模干扰问题。当器件在其电路走线上产生共模干扰电流时，这会导致电路走线发出强烈的电磁辐射。这种辐射会对电子、电气产品中的元器件造成电磁干扰，进而影响产品的性能指标。

在电路不平衡的情况下，共模干扰电流会转化为差模干扰电流，对电路产生直接干扰。对于电子、电气产品的信号线及其回路而言，差模干扰电流在流过电路导线环路时，会引发差模干扰辐射。这种环路类似于小环天线，能够向空间发射磁场或接收磁场。共模干扰主要出现在1MHz以上的频率范围。这是因为共模干扰通常是通过空间感应到电缆上的，而这种感应在高频率下更为常见。然而，也存在一种特殊情况，即当电缆从强大的磁场辐射源(例如开关电源)附近经过时，也会感应到较低频率的共模干扰。