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電磁污染
語音IC工作中的電磁污染問題
前段時間由中央電視臺著名訪談節(jié)目主持人柴靜出資拍攝的一段關(guān)于霧霾的紀錄片，著實讓那些國字號的企業(yè)頭疼了不少；
說到污染，除了我們普通老百姓能看見的霧霾天氣外，還有一種污染對我們電子工作者來說也是頭疼不少?。?/span>
這幾年來電子技 術(shù)的日新月異，各種電子器材也相繼出現(xiàn)在我們的四周，這些器材有的是單獨動作的，有的是須和其它器材組合一起而構(gòu)成整個系統(tǒng)動作的；而這些電子器材的電路 工作方式有些是類比的，有些是數(shù)位的，或是類比與數(shù)位兩者皆有的。在這些日益增多的電子設(shè)備及大能量設(shè)施里，亦造成了極為嚴重的電磁信號污染，即電磁干擾(Electro-Magnetic InterferenceEMI)。例如一些汽機車的引擎點火會對電視機造成干擾而以條紋方式出現(xiàn)在電視畫面上；或?qū)κ找魴C造成干擾而以炒豆子聲或背景噪 聲方式出現(xiàn)于喇叭；而聆聽音響時可能被電梯或高周波設(shè)備所產(chǎn)生之噪聲串入音響器材而造成不愉快的聲音輸出，亦或使用家用電腦時被冰箱的啟動而造成電腦的錯 誤動作等等。
電磁干擾無所不在
一些「古時候」不曾出現(xiàn)的電子產(chǎn)品現(xiàn)在也是電磁干 擾的主要來源之一，如吹風(fēng)機、洗衣機、冷氣機、電冰箱、電梯、日光燈、電動縫紉機、錄放影機、電焊機及高周波設(shè)備等等；另外電力線也會產(chǎn)生很多的干擾問 題。除了人為的噪聲外，自然界也會產(chǎn)生許多干擾的問題，如靜電、雷擊及來自外層空間的噪聲等等，總而言之，我們的生活圈里充滿著電磁干擾，而且似乎生活水 準愈高，問題也就愈嚴重。
或許對許多人而言他們認為受到噪聲干擾只不過是使得電視機的畫面變的不好看，或是音響器材發(fā)出一些雜音而已，并不會造成什么危險；但若有一心臟病人正在使用心電儀器又受到電磁噪聲的干擾，或當(dāng)客機于暴風(fēng)雨中作緊急降落，而其電子導(dǎo)航系統(tǒng)又遭到電磁干擾而失效，那么該怎么辦呢？只有自求多福羅！還好，大部份的人也都不曾進入這么危險的環(huán)境，但這些危險確實存在，且不可不歷。
電磁干擾遠在馬可尼設(shè)計了第一部無線電發(fā)射機時便已存在。電磁干擾在早些時候也稱為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI)，再早就是叫做噪聲干擾。當(dāng)年馬可尼設(shè)計無線電發(fā)射機最大的問是是在于兩組火花式調(diào)諧電路的發(fā)射器干擾問題，但如果馬可尼還在世的話，他將會驚訝于現(xiàn)今電磁干擾問題的嚴重性以及其復(fù)雜的程度。
幾 十年來工程人員便已知道幾乎每個電子設(shè)備于工作時都會幅射出一些電磁波，故電子設(shè)備在使用時是不可能不去干擾到其它的電子設(shè)備；但由于這些噪聲的種類繁 多，其產(chǎn)生的原因及其傳送的方法更是包羅萬象，既無法預(yù)知，亦無任何萬金的解決辦法，也往往為了解決噪聲干擾的問題所花費的時間與精力常比電路設(shè)計時所花 費的還多。近年來已有許多機構(gòu)在進行電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究，所謂的電磁兼容性便是指器材于可能的電磁干擾環(huán)境下仍能正常工作之能力。
一些精密昂貴的軍用器材、儀器、大 型電腦、航空器材等，為了消除電磁干擾的問題也采用了許多電磁兼容性的改善方法，但一些屬于家電性質(zhì)的消費性器材若非生產(chǎn)廠商的成本顧慮便是其相信他們的 產(chǎn)品只有一小部份會進入電磁干擾的環(huán)境使用，因此就算有設(shè)計抗電磁干擾的電路于這些產(chǎn)品內(nèi)也往往無法達到預(yù)期的效果。再加上市場的競爭，要廠商研究改進并 且加上一些對其銷售無直接幫助的電路簡直是不可能的事。當(dāng)使用者遇到干擾問題時，只好自個想辦法啦！
電磁噪聲解決方法
電 磁噪聲依其傳播的方法可分為幅射性噪聲(Radiated Noise)與傳導(dǎo)性噪聲(Conducted Noise)；構(gòu)成噪聲干擾的三個主要因素為「噪聲產(chǎn)生源」、「受到噪聲感染之感受體」及「噪聲傳播路徑」，若三者缺一便無法構(gòu)成噪聲問題。而干擾可能來 自自己家中，或是由鄰居家中發(fā)出者，或是導(dǎo)因于附近的電力輸送線。噪聲亦可能經(jīng)由天線而進入，在很多情況下，噪聲都很可能直接被屋內(nèi)的配線、或器材的導(dǎo)線 所拾取。
要解決電磁干擾有三種方法：其一為「噪聲產(chǎn)生源」產(chǎn)生的干擾必須被壓到最小的情況，二為「感受體」 (如電視機、電腦、音響器材等等)必須受到保護，以期能抗拒噪聲的干擾，三是「噪聲的傳播路徑」完全被阻斷或是盡可能減少噪聲的傳播機會。
一 般而言，除直接由電磁幅射所引致的干擾外，另經(jīng)由電源線而引入之電磁干擾最為常見；對一些高傳真度音響器材而言，由電源線引人之噪聲會在很多情況下巧妙地 對原音動了手腳，并在傳真的可信度上有戲劇性的效果，而此時你用示波器根本看不出音頻波形有何變化；同樣的，幅射性電磁干擾亦會對信號線、喇叭線等構(gòu)成影 響。
對很多人而言，他們相信自電力設(shè)施輸送到用戶的電跟他們的信號產(chǎn)生器所產(chǎn)生的正弦波差不多，差別只是在于功率而已。事實 上，若用示波器去作觀測的話，將會發(fā)現(xiàn)所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波，而是含有著各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等，此一現(xiàn)象 還因時因地而變化；至此，若你深感此問題的嚴重性，那么最好的方法便是去買一堆電池回來使用，或是去買一部發(fā)電機回來，只是發(fā)電機的功力來源切不可為汽油 引擎，因汽油引擎的火星塞亦為電磁干擾的來源之一。說真的，這兩個解決辦法還真是治本的唯一方法，而軍方單位、電信單位及廣播電臺也確曾使用過一屋子的鉛酸電池和發(fā)電機去供給他們器材所需的電源。不過，我倆現(xiàn)在的變通辦法便是在電源進到器材以前，好好的把它「美容整形」一番便得了。
隔離變壓器
曾 有人想到使用一個隔離變壓器，以阻斷噪聲的傳播路徑，因為專供電源使用的變壓器通常只設(shè)計在一個固定的低頻率工作，其頻率響應(yīng)也相當(dāng)?shù)牟?，所以，在高頻時 的磁力線交連便很差，結(jié)果便限制了多種類型的噪聲。此一構(gòu)想不錯，但一般的變壓器為了要降低成本及減少磁損，初級與次級便做得很靠近，那么它們之間便有足 夠的電容量來將噪聲傳過去。有一個方法可以降低初級圈與次級圈間的電容量，即便是將初級圈和次級圈分離，但分離得愈開則變壓器的效率將愈低，較好的方法是 在初級圈和次級圈之間用一層銅片隔開并接地，亦即法拉第屏蔽(Faraday Shield)；假設(shè)以Zs為0的狀態(tài)下接地，則A，B間的靜電容量C1與C2則不再串聯(lián)，而僅由Cs 產(chǎn)生作用。此時，所使用的靜電隔離材料，如銅片的材質(zhì)，銅片的厚度等等都會影響到效果。實際上，即使隔離材料的厚度很厚，也多少會有Zs存在，因 此，C1、C2的影響仍無法完全消除；若將隔離片的片數(shù)增加，則效果會大些，此時除了相當(dāng)于將分布容量做更多的串聯(lián)以減少其等效電容值外，對電磁波的隔離 也多少有點效果?？傊?，為了達到良好的靜電隔離效果，應(yīng)盡量降低Zs值，并減少Cs值。
我們在智能電子鎖的設(shè)計上，就碰到過耦合靜電的問題，所謂靜電，是高電壓，低電流，這個電流會從IC的管腳灌入IC，導(dǎo)致IC內(nèi)部數(shù)據(jù)受損！
若要真正做到具有高度噪聲截止效果的 變壓器便必須做到「箱隔屏蔽」，即是將初級圈與次級圈完全分開并做靜電隔離，并使其初級圈與次級圈的配置與配線結(jié)合為最小，如此，初級圈和次級圈間的電容 將可少于0.005pF。只是此種變壓器的制造已非傳統(tǒng)的EI型那么簡單，售價也不低，若你真的很愛惜你的器材的話它還是值得的。不過若你能找到和你器材 內(nèi)同規(guī)格的此種變壓器時，你不妨直接替換，這樣將會比你使用隔離變壓器時的效果還好。
近來市上有種內(nèi)含射頻濾波器的電源插座盒出售，它較使用隔離變壓器的方法要簡單且經(jīng)濟許多，但仍然與使用變壓器作噪聲隔離時一樣，其濾波器(或變壓器)本身到器材間的本屏蔽電源線常會形成一支天線，特別是在VHF的波段；而大多數(shù)的濾波器均在1MHz到10MHz之間的頻率有著良好的衰減特性，而10MHz以上的頻率則愈來愈差，亦即它不大能壓抑100MHz以上的起高頻噪聲進入到你的器材里。
我們的語音IC類產(chǎn)品基本很少用在高頻段，所以被干擾的幾率不是太大；但是在PCB設(shè)計上也需要做足功底，否則一樣會有耦合干擾出現(xiàn)！
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