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EMI 让 Virgin Galactic 的太空船二号无功而返：不要让这样的事情发生在您的身上

作者： Jeff Shepard 2021-03-25

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工程

电路保护

滤波

RF/EMI 屏蔽

无源器件

电源与电路保护

Virgin Galactic 近期的一份财报电话会议文稿让我再次体会到处理电子系统中电磁干扰（EMI，也称为射频干扰或 RFI）的重要性，该文稿中提到：“在 12 月份的试飞期间，由于机载火箭电机计算机失去连接，火箭电机在启动点火序列时停转...我们已识别并隔离这一问题，其起因很可能是电磁干扰导致计算机重启。”根据文稿，他们安装了一套新的飞行控制计算机系统，该系统也是所要测试的组件之一。

文稿接着指出：“EMI 是航空航天领域普遍面临的一个难题。1 月份，我们进行了一些改造，目的是降低 EMI 水平并为某些系统提供更好的保护...我们估计完成这项工作需要八到九周的时间，这意味着我们的下一次试飞将在 5 月份进行 [原定于 2 月份]。”

图 1：Virgin Galactic 的太空船二号（也称为 VSS Unity）在 2019 年的超音速试飞后滑翔回地球。（图片来源：Virgin Galactic）

排除与 EMI 相关的问题可能非常棘手。虽然导致计划中止的新控制计算机系统重启被认为是由 EMI 引起的，但由于缺少更多的数据，我们无从得知他们如何确定 EMI 是真正的故障源以及 EMI 对系统的确切影响。但无论如何，这一事件明确表明良好的 EMI 检测以及设计中提前采取缓解做法的重要性。即便如此，要提前解决所有 EMI 实例也绝非易事，因此退而求其次，我们应该在检测到 EMI 时加以缓解。

滤除 EMI

幸运的是，设计人员有多种选项可用于处理 EMI 问题，包括信号线和数据线上的滤波器、用于 EMI 放射控制的电源接入滤波器，以及用于设计定制射频滤波解决方案的通用 EMI 滤波元器件套件。下面我们来了解三种产品：它们分别来自 Bourns、TE Connectivity Corcom Filters 和 TDK。

EMI 网络滤波器：计算机、电信设备、音频和视频设备及工业系统的设计人员可以使用 Bourns 的 EMI T 网络滤波器，这些滤波器可提供十个不同的 25 分贝 (dB) 衰减范围（图 2）。

图 2：EMI T 网络滤波器可以为设计人员提供十个不同的 25 dB 衰减范围选择和出色的高频噪声滤波。（图片来源：Bourns Inc.）

这些 T 网络滤波器具有多个衰减频率范围，可从 EMI220T-RC 的 800 至 1000 MHz，向下一直降到 EMI103T-RC 的 15 至 200 MHz。如果电路板或子电路容易受特定 EMI 频率范围的影响，添加一个这类紧凑型滤波器可能有助于缓解该问题。

电源接入滤波器：开关电源转换器可能成为重要的 EMI 干扰源。标准电源接入滤波器可用于提供增强的滤波功能，并在不同程度上缓解 EMI 问题。将现有的滤波器更换为更高性能的滤波器也有可能消除有害的放射。

TE Connectivity Corcom Filters 的 X、Y、Z 系列可提供三种性能水平，旨在确保大多数数字设备（包括带开关电源的数字设备）符合特定的 EMI 放射限制。具体而言：

X 系列专为符合 FCC 15J 部分 B 类传导性电磁放射限制而设计。
Y 系列专为符合 EN55022 A 级和 FCC 15J 部分 B 类传导性电磁放射限制而设计。
Z 系列专为符合 EN55022 B 级和 FCC 15J 部分 B 类传导性电磁放射限制而设计。

这些滤波器提供通孔板安装和外部安装配置（图 3）。

图 3：TE Connectivity Corcom 的 X、Y、Z 系列电源接入滤波器提供板安装（左侧）和外部安装（右侧）样式。（图片来源：TE Connectivity Corcom Filters）

例如，3EXP（左侧）为 3 安培 (A)、低漏电（<0.5 毫安 (mA)）、250 伏交流单相线路滤波器，适用于通孔安装。

定制射频滤波器设计的套件

当然，EMI 问题可能是因为新计算机系统更容易受其他相邻子系统的放射影响所致，例如射频部分。虽然我经常能够使用标准滤波器解决电源 EMI 问题，但就射频部分而言，通常需要定制的滤波器设计。为了协助设计人员完成此任务，TDK Corp. 提供了一个射频滤波器套件 RF-KIT，适用于在 900 MHz 和 2.4 GHz 运行的系统。该套件包含 29 种数值、290 件不同的表面贴装滤波器元件（每种 10 件），还包括平衡-不平衡变换器、多路复用器和射频滤波器。

图 4：TDK Corp. 使用一个含 290 件射频滤波器的设计套件简化了 900 MHz 和 2.4 GHz 频带的定制滤波器设计。（图片来源：TDK Corp.）

结语

EMI 问题的识别和解决可能非常棘手，而且可能严重损害系统性能。正如太空船二号的经验所示，应该在设计流程的早期尽可能彻底地测试和识别 EMI 问题，这一点很重要。在设计周期后期冒出来的 EMI 问题，可能会导致严重的设计延误。好在设计人员有多种途径可以缓解 EMI 影响和放射问题。

关于此作者

Jeff 从事电力电子、电子元件和其它技术主题写作 30 余载。在其于 EETimes 任职高级编辑期间，他开始了电力电子写作。后来，他创立了一份叫《Powertechniques》的电力电子杂志，再后来又创立了一家全球性的研究和出版公司 Darnell Group。在开展各项业务的同时，Darnell Group 还发布了 PowerPulse.net，专门针对全球电力电子工程社区提供每日新闻。他是一本名为《Power Supplies》的开关模式电源教课书的作者，该书由 Prentice Hall 旗下 Reston 分部出版。

Jeff 还是 Jeta Power Systems 共同创始人，这是一家高功率开关电源制造商，后来被 Computer Products 收购。Jeff 也是一个发明家，其名下拥有 17 项热能收集和光学超材料美国专利，同时他也是掌握电力电子行业全球趋势的专家和网红发言人。他拥有加利福尼亚大学定量方法和数学硕士学位。