防止信号发生器出现电磁干扰（EMI）需从屏蔽设计、接地优化、滤波处理、布线规范、操作管理五个维度综合施策，结合具体干扰源（如电源噪声、空间辐射、信号耦合）采取针对性措施。以下是详细解决方案：
一、屏蔽设计：阻断外部辐射干扰
1. 设备外壳屏蔽
- 原理：信号发生器外壳采用导电材料（如铝合金、镀锌钢板）形成法拉第笼，屏蔽外部电磁场（如手机、Wi-Fi信号）的耦合。
- 实施要点：
- 完整性：确保外壳无缝隙（如通风口采用蜂窝状屏蔽网，孔径<λ/20，λ为最高干扰频率波长）。
- 导电性：外壳表面喷涂导电漆（如银铜漆），接触面使用导电橡胶（如硅橡胶填充碳粉）或指簧片，降低接触电阻（<10mΩ）。
- 案例：Keysight E8257D信号发生器外壳采用铝合金一体成型，缝隙处使用导电橡胶密封，屏蔽效能（SE）在1GHz时达80dB（即干扰场强衰减10⁴倍）。
2. 内部屏蔽分区
- 原理：将敏感电路（如晶体振荡器、ADC）与高噪声电路（如功率放大器、开关电源）隔离，减少内部耦合。
- 实施要点：
- 分区布局：高频模块（如RF输出级）与低频模块（如控制电路）间距>10cm，或用金属隔板分隔。
- 屏蔽罩：对关键芯片（如PLL、DAC）加装屏蔽罩（如铜箔或金属盒），接地至外壳，降低近场耦合。
- 案例：Rohde & Schwarz SMW200A在内部PCB上划分“射频区”和“数字区”，两区之间通过滤波器连接，减少数字噪声对射频信号的影响。
二、接地优化：消除电位差干扰
1. 单点接地与多点接地结合
- 原理：低频信号（f<1MHz）采用单点接地（避免地环路），高频信号（f>1MHz）采用多点接地（降低地线阻抗）。
- 实施要点：
- 混合接地：在信号发生器内部，数字电路（如FPGA）采用单点接地至电源地，射频电路（如PA）采用多点接地至外壳。
- 接地排：使用低阻抗接地排（如铜排，截面积≥50mm²），连接所有接地点，确保电位一致。
- 案例：Anritsu MG3710A的接地设计：数字地通过磁珠单点连接至电源地，射频地通过多个0.5Ω电阻多点连接至外壳，避免地环路干扰。
2. 接地线选择
- 原理：接地线阻抗（Z=R+jωL）随频率升高而增大，需根据信号频率选择线径和长度。
- 实施要点：
- 低频信号：使用多股铜线（如AWG16，直径1.3mm），长度<1m，阻抗<50mΩ（1kHz时）。
- 高频信号：使用扁平带状线（如宽度≥3mm），长度<λ/20（如1GHz信号长度<1.5cm），阻抗<10mΩ（1GHz时）。
- 案例：Tektronix RSA306B的射频接地线采用扁平铜带（宽度5mm，长度1cm），在1GHz时阻抗仅2mΩ，有效降低射频地电位波动。
三、滤波处理：抑制电源与信号噪声
1. 电源滤波
- 原理：电源线是主要干扰路径（如开关电源的纹波、电网谐波），需通过滤波器抑制噪声。
- 实施要点：
- 输入滤波器：在电源入口处安装EMI滤波器（如共模扼流圈+X/Y电容），抑制共模噪声（如150kHz-30MHz频段）。
- 局部滤波：对敏感电路（如晶体振荡器）的电源添加LC滤波器（如L=10μH，C=10μF），抑制差模噪声（如100kHz-1MHz频段）。
- 案例：Keysight E8257D的电源设计：输入端使用共模扼流圈（抑制150kHz-30MHz噪声），内部对OCXO电源添加π型滤波器（L=22μH，C1=C2=47μF），将电源噪声降至<1mV（20MHz带宽）。
2. 信号滤波
- 原理：信号输出路径可能耦合外部噪声（如空间辐射、邻近设备干扰），需通过滤波器限制带宽。
- 实施要点：
- 低通滤波器：在RF输出端添加低通滤波器（如截止频率=信号最高频率×1.2），抑制高频谐波（如1GHz信号输出时，滤除>1.2GHz成分）。
- 带通滤波器：对特定频段信号（如5G NR的n78频段3.3-3.8GHz）使用带通滤波器，提高信噪比（SNR）。
- 案例：Rohde & Schwarz SMW200A的RF输出模块集成可调低通滤波器（截止频率100kHz-40GHz连续可调），在1GHz输出时，谐波抑制>60dBc。
四、布线规范：减少耦合与辐射
1. 信号线与电源线分离
- 原理：信号线（如RF输出线）与电源线平行走线时，会因互感产生耦合噪声（如电源纹波耦合到信号）。
- 实施要点：
- 分层布局：在PCB上，信号层与电源层间隔布置（如信号层1-电源层2-信号层3），通过介质（如FR4，εr=4.4）隔离。
- 间距要求：信号线与电源线间距>3倍线宽（如线宽0.2mm时，间距>0.6mm），降低互感系数（M<0.1nH）。
- 案例：Anritsu MG3710A的PCB设计：RF信号线走顶层，电源线走底层，中间通过2mm厚的FR4介质隔离，互感系数<0.05nH。
2. 关键信号线屏蔽
- 原理：高频信号线（如RF输出线）会辐射电磁场（如1GHz信号线辐射场强>1V/m@1m），需通过屏蔽降低辐射。
- 实施要点：
- 同轴电缆：使用低损耗同轴电缆（如RG402，衰减<0.5dB/m@1GHz），外导体接地形成屏蔽层。
- 屏蔽层接地：同轴电缆屏蔽层在信号发生器端和负载端均需接地（单端接地时，屏蔽层会成为天线辐射噪声）。
- 案例：Tektronix RSA306B的RF输出使用RG402同轴电缆，屏蔽层在设备端和示波器端通过BNC接头接地，在1GHz时辐射场强<0.1V/m@1m（符合FCC Part 15 Class A标准）。
五、操作管理：避免人为干扰
1. 环境控制
- 原理：电磁干扰环境（如强辐射场、高噪声设备）会通过空间耦合或传导引入干扰。
- 实施要点：
- 隔离距离：信号发生器与强辐射设备（如微波炉、电机）间距>1m，与高频设备（如频谱分析仪）间距>0.5m。
- 屏蔽室：对高精度测试（如5G NR一致性测试），需在屏蔽室（屏蔽效能>100dB@1GHz）内操作，避免外部干扰。
- 案例：某5G基站测试中，将信号发生器从普通实验室移至屏蔽室后，NR信号的EVM从4.5%降至3.2%（满足3GPP TS 38.141-2要求<3.5%）。
2. 定期维护
- 原理：设备老化（如电容容量下降、接地松动）会导致干扰抑制能力下降。
- 实施要点：
- 电容检查：每季度用LCR表检测电源滤波电容容量（如X电容容量偏差>±20%时需更换）。
- 接地测试：每年用接地电阻测试仪检测设备接地电阻（如要求<1Ω，实际>5Ω时需紧固接地螺栓或更换接地线）。
- 案例：某计量实验室对Keysight E8257D进行年度维护时，发现电源滤波电容容量下降30%，更换后电源噪声从3mV降至1mV（20MHz带宽）。
六、总结：EMI防护的“五步法”
- 屏蔽优先：从外壳到内部模块，构建多层级屏蔽体系（如铝合金外壳+金属隔板+芯片屏蔽罩）。
- 接地为本：通过混合接地和低阻抗接地线，消除电位差干扰（如数字地单点接，射频地多点接）。
- 滤波关键：在电源和信号路径添加针对性滤波器（如共模扼流圈+低通滤波器）。
- 布线规范：遵循信号与电源分离、关键线屏蔽的原则（如同轴电缆+双端接地）。
- 操作严谨：控制环境干扰并定期维护设备（如屏蔽室隔离+电容容量检测）。
通过上述措施，可显著降低信号发生器的电磁干扰水平，确保其在高精度测试（如5G NR、雷达、卫星通信）中的稳定性和可靠性。
