防止信號發(fā)生器出現(xiàn)電磁干擾（EMI）需從屏蔽設(shè)計、接地優(yōu)化、濾波處理、布線規(guī)范、操作管理五個維度綜合施策，結(jié)合具體干擾源（如電源噪聲、空間輻射、信號耦合）采取針對性措施。以下是詳細解決方案：
一、屏蔽設(shè)計：阻斷外部輻射干擾
1. 設(shè)備外殼屏蔽
- 原理：信號發(fā)生器外殼采用導(dǎo)電材料（如鋁合金、鍍鋅鋼板）形成法拉第籠，屏蔽外部電磁場（如手機、Wi-Fi信號）的耦合。
- 實施要點：
- 完整性：確保外殼無縫隙（如通風(fēng)口采用蜂窩狀屏蔽網(wǎng)，孔徑<λ/20，λ為最高干擾頻率波長）。
- 導(dǎo)電性：外殼表面噴涂導(dǎo)電漆（如銀銅漆），接觸面使用導(dǎo)電橡膠（如硅橡膠填充碳粉）或指簧片，降低接觸電阻（<10mΩ）。
- 案例：Keysight E8257D信號發(fā)生器外殼采用鋁合金一體成型，縫隙處使用導(dǎo)電橡膠密封，屏蔽效能（SE）在1GHz時達80dB（即干擾場強衰減10?倍）。
2. 內(nèi)部屏蔽分區(qū)
- 原理：將敏感電路（如晶體振蕩器、ADC）與高噪聲電路（如功率放大器、開關(guān)電源）隔離，減少內(nèi)部耦合。
- 實施要點：
- 分區(qū)布局：高頻模塊（如RF輸出級）與低頻模塊（如控制電路）間距>10cm，或用金屬隔板分隔。
- 屏蔽罩：對關(guān)鍵芯片（如PLL、DAC）加裝屏蔽罩（如銅箔或金屬盒），接地至外殼，降低近場耦合。
- 案例：Rohde & Schwarz SMW200A在內(nèi)部PCB上劃分“射頻區(qū)”和“數(shù)字區(qū)”，兩區(qū)之間通過濾波器連接，減少數(shù)字噪聲對射頻信號的影響。
二、接地優(yōu)化：消除電位差干擾
1. 單點接地與多點接地結(jié)合
- 原理：低頻信號（f<1MHz）采用單點接地（避免地環(huán)路），高頻信號（f>1MHz）采用多點接地（降低地線阻抗）。
- 實施要點：
- 混合接地：在信號發(fā)生器內(nèi)部，數(shù)字電路（如FPGA）采用單點接地至電源地，射頻電路（如PA）采用多點接地至外殼。
- 接地排：使用低阻抗接地排（如銅排，截面積≥50mm2），連接所有接地點，確保電位一致。
- 案例：Anritsu MG3710A的接地設(shè)計：數(shù)字地通過磁珠單點連接至電源地，射頻地通過多個0.5Ω電阻多點連接至外殼，避免地環(huán)路干擾。
2. 接地線選擇
- 原理：接地線阻抗（Z=R+jωL）隨頻率升高而增大，需根據(jù)信號頻率選擇線徑和長度。
- 實施要點：
- 低頻信號：使用多股銅線（如AWG16，直徑1.3mm），長度<1m，阻抗<50mΩ（1kHz時）。
- 高頻信號：使用扁平帶狀線（如寬度≥3mm），長度<λ/20（如1GHz信號長度<1.5cm），阻抗<10mΩ（1GHz時）。
- 案例：Tektronix RSA306B的射頻接地線采用扁平銅帶（寬度5mm，長度1cm），在1GHz時阻抗僅2mΩ，有效降低射頻地電位波動。
三、濾波處理：抑制電源與信號噪聲
1. 電源濾波
- 原理：電源線是主要干擾路徑（如開關(guān)電源的紋波、電網(wǎng)諧波），需通過濾波器抑制噪聲。
- 實施要點：
- 輸入濾波器：在電源入口處安裝EMI濾波器（如共模扼流圈+X/Y電容），抑制共模噪聲（如150kHz-30MHz頻段）。
- 局部濾波：對敏感電路（如晶體振蕩器）的電源添加LC濾波器（如L=10μH，C=10μF），抑制差模噪聲（如100kHz-1MHz頻段）。
- 案例：Keysight E8257D的電源設(shè)計：輸入端使用共模扼流圈（抑制150kHz-30MHz噪聲），內(nèi)部對OCXO電源添加π型濾波器（L=22μH，C1=C2=47μF），將電源噪聲降至<1mV（20MHz帶寬）。
2. 信號濾波
- 原理：信號輸出路徑可能耦合外部噪聲（如空間輻射、鄰近設(shè)備干擾），需通過濾波器限制帶寬。
- 實施要點：
- 低通濾波器：在RF輸出端添加低通濾波器（如截止頻率=信號最高頻率×1.2），抑制高頻諧波（如1GHz信號輸出時，濾除>1.2GHz成分）。
- 帶通濾波器：對特定頻段信號（如5G NR的n78頻段3.3-3.8GHz）使用帶通濾波器，提高信噪比（SNR）。
- 案例：Rohde & Schwarz SMW200A的RF輸出模塊集成可調(diào)低通濾波器（截止頻率100kHz-40GHz連續(xù)可調(diào)），在1GHz輸出時，諧波抑制>60dBc。
四、布線規(guī)范：減少耦合與輻射
1. 信號線與電源線分離
- 原理：信號線（如RF輸出線）與電源線平行走線時，會因互感產(chǎn)生耦合噪聲（如電源紋波耦合到信號）。
- 實施要點：
- 分層布局：在PCB上，信號層與電源層間隔布置（如信號層1-電源層2-信號層3），通過介質(zhì)（如FR4，εr=4.4）隔離。
- 間距要求：信號線與電源線間距>3倍線寬（如線寬0.2mm時，間距>0.6mm），降低互感系數(shù)（M<0.1nH）。
- 案例：Anritsu MG3710A的PCB設(shè)計：RF信號線走頂層，電源線走底層，中間通過2mm厚的FR4介質(zhì)隔離，互感系數(shù)<0.05nH。
2. 關(guān)鍵信號線屏蔽
- 原理：高頻信號線（如RF輸出線）會輻射電磁場（如1GHz信號線輻射場強>1V/m@1m），需通過屏蔽降低輻射。
- 實施要點：
- 同軸電纜：使用低損耗同軸電纜（如RG402，衰減<0.5dB/m@1GHz），外導(dǎo)體接地形成屏蔽層。
- 屏蔽層接地：同軸電纜屏蔽層在信號發(fā)生器端和負載端均需接地（單端接地時，屏蔽層會成為天線輻射噪聲）。
- 案例：Tektronix RSA306B的RF輸出使用RG402同軸電纜，屏蔽層在設(shè)備端和示波器端通過BNC接頭接地，在1GHz時輻射場強<0.1V/m@1m（符合FCC Part 15 Class A標(biāo)準(zhǔn)）。
五、操作管理：避免人為干擾
1. 環(huán)境控制
- 原理：電磁干擾環(huán)境（如強輻射場、高噪聲設(shè)備）會通過空間耦合或傳導(dǎo)引入干擾。
- 實施要點：
- 隔離距離：信號發(fā)生器與強輻射設(shè)備（如微波爐、電機）間距>1m，與高頻設(shè)備（如頻譜分析儀）間距>0.5m。
- 屏蔽室：對高精度測試（如5G NR一致性測試），需在屏蔽室（屏蔽效能>100dB@1GHz）內(nèi)操作，避免外部干擾。
- 案例：某5G基站測試中，將信號發(fā)生器從普通實驗室移至屏蔽室后，NR信號的EVM從4.5%降至3.2%（滿足3GPP TS 38.141-2要求<3.5%）。
2. 定期維護
- 原理：設(shè)備老化（如電容容量下降、接地松動）會導(dǎo)致干擾抑制能力下降。
- 實施要點：
- 電容檢查：每季度用LCR表檢測電源濾波電容容量（如X電容容量偏差>±20%時需更換）。
- 接地測試：每年用接地電阻測試儀檢測設(shè)備接地電阻（如要求<1Ω，實際>5Ω時需緊固接地螺栓或更換接地線）。
- 案例：某計量實驗室對Keysight E8257D進行年度維護時，發(fā)現(xiàn)電源濾波電容容量下降30%，更換后電源噪聲從3mV降至1mV（20MHz帶寬）。
六、總結(jié)：EMI防護的“五步法”
- 屏蔽優(yōu)先：從外殼到內(nèi)部模塊，構(gòu)建多層級屏蔽體系（如鋁合金外殼+金屬隔板+芯片屏蔽罩）。
- 接地為本：通過混合接地和低阻抗接地線，消除電位差干擾（如數(shù)字地單點接，射頻地多點接）。
- 濾波關(guān)鍵：在電源和信號路徑添加針對性濾波器（如共模扼流圈+低通濾波器）。
- 布線規(guī)范：遵循信號與電源分離、關(guān)鍵線屏蔽的原則（如同軸電纜+雙端接地）。
- 操作嚴(yán)謹：控制環(huán)境干擾并定期維護設(shè)備（如屏蔽室隔離+電容容量檢測）。
通過上述措施，可顯著降低信號發(fā)生器的電磁干擾水平，確保其在高精度測試（如5G NR、雷達、衛(wèi)星通信）中的穩(wěn)定性和可靠性。
