工业设备电路噪声，如何评估？有何对策？
来源：Murata（村田）
发布时间：2025-09-23
近年来，生产现场的自动化取得了显著进步，预计以机器人为代表的工业设备及其周边设备的设备内噪声问题将会增加。这种噪声问题之一是人们担心从其他设备侵入的噪声或设备本身的其他电路产生的噪声可能会导致设备发生误动作，也就是说存在抗扰度的问题。
本文对工业设备的抗扰度对策事例进行介绍。
我们参考工业环境通用标准IEC61000-6-2构建了抗扰度评估环境，就抗扰度（传导抗扰度，辐射抗扰度）介绍对策事例。
目前，还没有对工业设备的抗扰度进行管制的官方标准。因此，本次我们参考工业环境通用标准IEC61000-6-2构建了抗扰度评估环境。我们使用工业设备设计用评估电路板对抗扰度对策方法进行了讨论。讨论的对象是IEC61000-6-2中规定的针对传导抗扰度和辐射抗扰度的对策。
01
传导抗扰度：评估系统
首先，我们对讨论抗扰度对策时构建的评估系统进行说明。
传导抗扰度试验
评估电路板上连接了2根电缆。电缆的一端连接了用于信号检测（或信号输出）的端子作为辅助器。辅助器检测到的信号通过电缆传输至评估电路板。
评估电路板上安装了A/D转换器。为了确认错误的发生，使用比较器对来自辅助器的信号（模拟信号，正弦波100Hz）进行了比较。具体而言，对模拟信号+和模拟信号−的电压振幅和相位进行了比较。比较结果显示在外部显示器上。
抗扰度试验是否发生错误的判断方法如下：
如果显示器上显示的电压波形不随时间而变化，即电压电平恒定，则认为没有发生错误（判断为OK）；
另一方面，如果随时间而变化，则认为发生了错误（判断为NG）。
传导抗扰度试验的结果是，在全部试验频率（150kHz至80MHz）均发生错误。观察电压波形时，确认了它随着时间的推移而变动，并且与从外部注入的噪声的频率和相位联动。
02
辐射抗扰度：评估系统
辐射抗扰度试验
接下来，我们对辐射抗扰度的对策事例进行说明。使用与传导抗扰度事例介绍中相同的评估电路板。判断是否发生错误的方法也与传导抗扰度的事例相同。
辐射抗扰度试验的结果是，在全部试验频率（80MHz至1GHz）均发生错误。观测外部显示器上显示的电压波形时，确认了它随着时间的推移而变动，并且与从外部注入的噪声的频率联动。这种现象与进行传导抗扰度试验时相同。
03
传导抗扰度：机制考察
我们对传导抗扰度试验时发生错误的机制进行了考察。
传导抗扰度的机制考察：
①通过两根电缆向EMI夹钳注入噪声(注入共模噪声)
②共模噪声转换为差模噪声
③在A点，模拟信号和注入噪声经过模式转换得到的信号叠加
④在比较器中，残留有共模噪声的模式转换后信号
传导抗扰度的机制由以下①～④构成：
①在传导抗扰度试验中，将EMI夹钳连接到电缆上，并从EMI夹钳注入规定量的噪声。也就是说，在对将共模噪声注入电缆时的误动作状态进行评估；
②EMI夹钳注入的噪声是共模噪声。另一方面，通信信号是差模噪声。
在理想情况下，差模和共模是分别独立存在的模式，但在实际电路板中，会发生模式转换。
一般来说，模拟信号受外部噪声影响而导致误动作的情况较多。在本事例的情况下，由于电缆等的特性阻抗不匹配等原因，通过EMI夹钳注入的共模噪声会转换为差模噪声。
③在A点，模拟信号和外部注入噪声的模式转换后信号叠加。（叠加原理）
④用比较器对信号的电压振幅和相位进行比较时，由于模式转换而产生的不需要的信号会残留下来。有可能是电压波形因此而随时间而变化，并导致错误发生。
基于这些考察结果，我们制定的噪声对策指导方针是减少从电缆流入的共模噪声。
噪声对策指导方案
通过减少从电缆流入的共模噪声，
减少转换为差模噪声的信号。
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04
辐射抗扰度：机制考察
同样，我们对辐射抗扰度试验时发生错误的机制也进行了考察。
大概的机制与上述传导抗扰度试验相同。从天线辐射的试验噪声共模耦合到电缆（下图①）。可以看出共模噪声侵入电路板内并导致发生错误（下图②、③、④）。噪声对策也与传导抗扰度一样，将减少从电缆流入的共模噪声作为指导方针。
辐射抗扰度的机制考察：
①天线辐射的试验噪声(主要)以共模方式耦合到电缆
②共模噪声模式转换为差模噪声
③A点的信号是模拟信号和模式转换后信号的叠加
④在比较器中，残留有共模噪声的模式转换后信号
关于试验噪声辐射（图中①）的补充：试验噪声分别辐射到金属外壳、电缆和辅助器。作为试验时的前提，评估电路板被放置在金属外壳内。因此，从天线辐射的试验噪声以共模方式耦合到电缆和辅助器。辅助器的尺寸约为2cm，可以认为噪声的影响很小。因此，可以看出试验噪声主要耦合到电缆。
05
噪声对策方案
我们按照上述噪声对策指导方针实施了噪声对策。在本次的事例中，确认了同样的对策对于传导和辐射抗扰度均有效。
将共模扼流圈插入到评估电路板模拟信号线上的连接器附近。共模扼流圈使用的是本公司的产品，型号：DLW32MH101XK2，其尺寸为L3.2×W2.5×T2.5（mm），额定电流100mA。了解更多详情，请点击以下产品图片：
DLW32MH101XK2
采取噪声对策后，在传导和辐射抗扰度试验中，确认了在全部试验频率均不发生错误。以下是选择共模扼流圈时需要考虑的要点：
希望能够透过全部本来应该传输的信号：理想情况是通信信号频率下的差模透过特性Sdd21为0dB。
希望在注入或辐射的噪声的频带上，共模透过特性Scc21较小。（传导抗扰度：150kHz至80MHz，辐射抗扰度：80MHz至1GHz）；
模拟信号容易受到外部噪声的影响，因此需要尽可能地减少进行模式转换的信号。也就是说，希望模式转换特性Sdc21较小。
结果如下：
噪声对策方案及Sdd21，Scc21与Sdc21图形
06
总 结
我们使用工业设备评估电路板对传导及辐射抗扰度进行了评估。得出了以下两点结论：
模拟信号容易受到外部噪声的影响。
抗扰度试验噪声以共模方式注入或辐射。共模噪声转换为差模噪声后，IC很容易误识别信号。
通过本案例分析，可以确认使用下图噪声对策，在模拟信号线中插入共模扼流圈（村田建议型号：DLW32MH101XK2），每次抗扰度试验时都不再发生错误，在宽频带内具有理想的降噪效果（下图）。
噪声对策及效果
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