医疗设备中10个常见电磁兼容干扰问题

1、设备内部接地电阻高的问题

医疗设备接地内阻低被列为十大问题。 这是因为这些故障的概率是最高的。 一台设备的电磁发射、自身兼容、抗干扰问题关系到设备的症结所在。 与接地阻抗低有关。 一般来说，这不是指普通的低频接地问题，也不是指接地部位问题，而是由局部接地阻抗较低（如电路板或电缆）引起的。 高阻抗接地路径往往会导致电缆屏蔽故障和串扰电压。

电线和编织带在高频下大多具有高阻抗，因此设计人员应避免使用电线或编织带接地。 根据经验，每英寸长导线的感抗为 20nH。 因此，在100MHz时，1英寸导线的感抗可达12Ω。 因此，在射频情况下，应谨慎使用任何宽度的电线。 这是使用接地片的好方法。 接地条的长宽比必须至少为 5:1。 也就是说，对于 5 英寸长的接地片，其长度应至少为 1 英寸。

2、电缆屏蔽不够

当设备遇到电磁发射或射频抗干扰问题时，通常会涉及电缆问题，而电缆的接地阻抗在这里起着很大的作用。

“单点接地”的原理对于低频很有效，但对于无线电频率却没有多大作用。 棘手的事情是：由于电缆不能终止于患者的终端，因此屏蔽层不能在两端接地。 据悉，当设备无法有效接地甚至需要保持绝缘时，混频有时比屏蔽更有效。

在低频时，电缆的屏蔽层可以一端接地，但如果电缆的宽度超过波长的1/20，则电缆的屏蔽层需要两点或多点接地。 这里需要强调的是，当电缆宽度为波长的 1/4 时，情况将是最糟糕的。 顺便说一下，现在很多市售的电缆屏蔽层都是编织产品，这对于解决射频的电磁兼容性不好。 据悉，电缆的屏蔽层也容易损坏。 例如，有些电缆屏蔽层是由聚酯薄膜制成的，其强度不是很高。 有时即使是轻微的触摸也会导致屏蔽层破裂，增加屏蔽效果，而这些破裂很难用肉眼察觉。

3、开关电源的传输问题

开关电源或AC/DC转换器的电磁辐射问题由来已久。 开关电源的电路组成以及开关电源本身的布局和结构往往使开关电源的电磁发射成为其推广应用中的一大问题。 虽然这个问题很常见，但在医疗电子领域变得尤为重要，因此在医疗设备电源的尺寸和质量不是问题的情况下，可以考虑传统的线性稳压电源。 对于电源部分来说，体积和质量成为品质性能的关键因素，因此如何选择具有优良电磁兼容性能的开关电源成为医疗设备设计中的重要环节。

4、电源线混频器的使用问题

由于医疗设备的电磁发射不仅仅局限于内部选用的开关电源，因此电源线路部分中的线路混频器也成为抑制高频干扰的重要环节。 通常的电源线混频器中有两个串扰干扰抑制电容（Y电容），可以控制设备的串扰电压，但在医疗设备的电源线混频器中不适合使用这种小电容，因为它会影响设备的串扰电压。造成设备漏电压过高。 医疗设备中电源线混频器的这种选择原则使设计人员失去了抑制纹波电压的有效手段，只剩下唯一可用的手段来增强电源线混频器中串联电感器的阻抗。

要设计一款优秀的电源线混频器，混频器的电路设计只是很小的一部分，混频器内部元件的选择、滤波器的内部布局和结构、混频器内部元件的分布参数是真正决定电源线混频器性能的关键因素。

5、液晶显示器的电磁发射问题

随着评估技术的发展，医疗设备中采用单片机进行控制，并在设备面板上采用液晶显示器作为人机对话界面的情况越来越多。 液晶的应用也带来了液晶显示器的电磁发射问题。

液晶显示器一般是通过专门从电路板上引出的电缆来驱动的。 由于液晶显示器的高阻抗特性，发送到液晶显示器的信号电压不可能完全返回到这条电缆，其中一小部分会产生电磁辐射到周围的电磁环境中。

为了抑制液晶显示器的电磁发射，首先需要用尽可能短的回路将所有信号电压返回到驱动电路板。 更好的办法是在电缆下方设置接地板，以增加信号电压返回路径的阻抗。 另外，作为液晶显示器结构的一部分，液晶显示器的背面必须设置金属外壳，并且金属外壳的四个角必须接地。

6、设备内部电路互耦问题

在高频状态下，设备内部电路之间会出现相互耦合的问题，因此电路布局不当，特别是病人检查信号输入电路布局不当，往往是设备之间的两大区别。医疗设备设计的成功和失败。 造成不同结果的直接原因。

在处理设备的电磁兼容问题时，往往会在线路的输入和输出之间放置电感器或铁氧体磁芯，以抑制设备内外的射频干扰，从而使电感器定位在噪声源这一侧承载相当大的高频电流。 这些高频电流可以通过电容耦合作用于附近的金属材料，例如接地层、电路板、散热器等。 因此，在使用这些抑制方案来处理干扰时要非常小心，防止与一些敏感元件或敏感电路耦合。

另外，当使用铁氧体磁芯吸收线路上的干扰时，将铁氧体磁芯放置在连接线之外比布置在电路板上更有效。 因为这些方法可以防止核心附近的干扰连接线与敏感线之间的耦合问题。

7、单元组件的分布参数问题

在医疗设备中，所选部件本身的缺陷也会限制其性能。 我们知道，所有电容器都具有寄生串联电感，形成串联谐振电路； 所有绕线电感器的定子匝间和层间都有分布电容，形成并联谐振电路。 这些电路的谐振频率远低于预期。 例如，许多电容器的谐振频率高于100MNz； 许多绕线电感的谐振频率高于20MHz，变压器的谐振频率高于5MHz。 因此，电路设计者必须充分了解此类元件的实际性能。 无论是混频器还是去耦器，它们都有工作在谐振状态的可能性，这会减少线与线之间的噪声问题。 这些噪声不仅会对线路造成损坏，还会导致信号传输情况很差。

8、信号传输中的阻抗不连续问题

随着高速数字电路的广泛应用，印刷电路板中的电磁兼容问题变得越来越重要，许多PCB问题可以概括为信号传输过程中的阻抗不连续性。

信号传输中的阻抗不连续问题一直围绕着信号的循环回路。 理想情况下，信号沿一条线路流出，然后沿接地回流线快速流回。 然而，根据化学中的最小能量消耗定理，电压一般沿着最小能量路径返回。 此时，信号的返回路径往往会出现阻抗不连续。 一旦出现这些情况，信号就会被反射，造成传输信号。 失真。 此外，传输线的不连续性也会导致辐射发射问题。

9. 信号和返回路径问题

当谈到设备布线时，人们常常觉得使用额外的地回线是一种浪费。 由于大多数信号线与地环路的宽度相差太远，因此应使用一根地回线作为多条信号线甚至所有信号线的地线。 此时，这条地回线至少存在两个问题。 首先，由于地回线与大部分信号线之间的距离比较长，信号线与地回线之间形成的环形天线相对较大，环形天线与外界的辐射较大。环形天线的辐射比较大。 电荷干扰的接收问题不容忽视； 其次，这条与地回线共用的信号线的共阻抗问题也不容忽视，特别是当信号线上传输的信号速率较高且信号边缘比较陡时，共阻抗的互阻抗干扰为一个特别严重的问题。

实际中一条传输线需要多少条接地回线是由数据传输速度和传输线的粗细决定的。 对于超过100MHz的信号高速传输，建议使用信号地回线，对于大于10MHz的低速传输，可以使用两根（或更多）信号地回线作为妥协。

10、设备外壳静电放电问题

静电放电是一个常见且麻烦的问题。 以塑料外壳的医疗设备为例，为了减少塑料外壳设备的电磁发射，提高塑料外壳设备的抗射频干扰能力，设计者会对塑料外壳进行导电涂层。 为了使导电涂料的疗效显着，一般需要对塑料外壳连接处的所有缝隙进行涂漆，以达到结合所产生的导电的连续性，这些做法导致了新的静电放电接触点。 换句话说，设计师解决了一个问题，但却引入了一个新的、非常困难的问题。

为了解决上述问题，设计者有三种选择：重新设计电路和内部布局，尽量减少设备上导电涂层的需要； 重新涂装设备外壳，尽可能避免形成放电，并非常小心地使用屏蔽罩来保护可能发生放电的间隙。

前面提到的10个电磁兼容问题，有的已经存在好几年了，有的最近才出现，将来会变得更加普遍。 所有这些问题对于医疗设备的设计来说都非常重要，如果设计者能够在工作中预防此类问题的发生，就会避免更多不必要的麻烦。