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[導讀]同學們,《靜噪基礎課程》本期繼續(xù)開講！上一章介紹的是產生電磁噪聲的機制本節(jié)為你詳細介紹噪聲的傳導和反射第3?章??噪聲?問題復雜?化?的因素???第1章為什么需要EMI靜噪濾波器第2章產生電磁噪聲的機制第3章噪聲問題復雜化的因素3-1.簡介3-2.諧振和阻尼3-3.噪聲的傳導和反...

同學們,

《靜噪基礎課程》本期繼續(xù)開講！

上一章介紹的是

產生電磁噪聲的機制

本節(jié)為你詳細介紹噪聲的傳導和反射

第 3 章
噪聲問題復雜化的因素

第1章為什么需要EMI靜噪濾波器

第2章產生電磁噪聲的機制

第3章噪聲問題復雜化的因素

3-1.簡介

3-2.諧振和阻尼

3-3.噪聲的傳導和反射

3-3-1. 數字信號對脈沖波形的影響
3-3-2. 特性阻抗和反射
3-3-3. 數字電路阻抗匹配
3-3-4. 駐波
3-3-5. 阻抗因傳輸線路而變化
3-3-6. 多重反射導致的諧振
3-3-7. 數字信號的終止
3-3-8. 對EMC措施的影響
3-3-9. 如何防止噪聲傳導
3-3-10. S參數

3-4.源阻抗

3-5.小結

3-3噪聲傳導和反射

3-3-7. 數字信號的終止

?????????(1) 較長導線也需要針對數字信號進行終端匹配

前已述及，當傳輸線路的特性阻抗等于負載阻抗時，所有能量將會傳輸到負載而不會發(fā)生反射。這種狀況被稱為“匹配”。例如，圖3-3-11(a)和圖3-3-12(a)在信號線的末端連接了一個50Ω的電阻器，以便能夠與特性阻抗(50Ω)匹配。

在這種情況下，電場（電壓）和磁場（電流）是一致的，不會觀察到任何駐波。

圖3-3-18 阻抗匹配

如果是數字信號，當C-MOS IC相互連接時，信號線兩端通常都會造成反射。但是，如果導線較短，諧振頻率就會非常高，不會導致任何實質性的問題。如果導線變長，諧振頻率會降低，變得具有影響力，因而可能需要匹配。如圖3-3-19所示，可在驅動器側或接收器側進行阻抗匹配。

圖3-3-19 數字電路的阻抗匹配

(2) 驅動器側終端匹配

在驅動器側圖3-3-19(a)進行匹配時，將一個電阻器或鐵氧體磁珠串聯(lián)連接到信號線。這類似于電路的阻尼電阻器。特有的區(qū)別在于如何選擇電阻值。

選擇的電阻值要能補足驅動器側輸出電阻和特性阻抗之差。這時，接收器側仍會造成反射，導致信號線上存在駐波，使導線中部的波形失真。因此，這適用于導線中部未連接任何電路的一對一信號傳輸。

(3) 接收器側終端匹配

在接收器側圖3-3-19(b)進行匹配時，如圖所示將電阻值等于特性電阻的電阻器連接到地線或電源。在這種情況下，不會導致任何駐波，因此，即使是從導線中部提取信號，也能獲得規(guī)整的脈沖波形。

但是，由于電流流入負載電阻器，這種匹配也存在一些劣勢，如降低信號振幅，導致功率損耗。為了在靜止的狀態(tài)下減少功率損耗，可以加入電容器與電阻器串聯(lián)。

3-3-8. 對EMC措施的影響

盡管就產生駐波和諧振對傳輸數字信號而言是不利的現象，但它們是研究噪聲傳導和制定應對措施時需要考慮的重要特性。當物體噪聲頻率升高時，需要基于噪聲傳導路徑會像傳輸線一樣（產生駐波）的假設采取相應措施和EMC措施。

關于主要影響的示例將在下面講述。

(1) 電壓和電流隨測量點變化

當針對EMC措施使用探針尋找噪聲源時，即使在同一根導線上，但一個部分的噪聲比較大，而其他部分的噪音比較小。此外，就電壓和電流（磁場）而言，產生較大噪聲的位置不相同。因此，如果噪聲抑制前后的測量點不同，就無法正確評估產生的影響。

圖3-3-20顯示了頻譜的變化，以此作為使用如圖3-3-10所示測量系統(tǒng)移動測量點時導致變化的一個示例。

圖3-3-20 各點頻譜變化的示例

當探針移動幾厘米時，可以發(fā)現頻譜的形狀和電平出現變化。如果要找出噪聲大的位置，就需要牢記這種變化，并在諸多點上進行測量，以確定噪聲強度。

(2) 阻抗和EMC措施相關元件的作用隨位置而變化

當產生駐波時，電壓波腹（電流波節(jié)）處的阻抗高，而電壓波節(jié)（電流波腹）處的阻抗低。阻抗的高低影響著該位置所連接EMC措施相關元件的效果。（但是，駐波的形狀隨頻率而變化。因此，當連接一個EMC措施相關元件時，不能一概斷定其對所有頻率位置而言是有利或不利。）

例如，圖3-3-21給出了圖3-3-11中電流駐波隨頻率發(fā)生的變化。電流大的地方阻抗?。ㄆt），電流小的地方阻抗大（偏藍）?？梢园l(fā)現這些位置根據頻率發(fā)生變化。

圖3-3-21 不同頻率處駐波變化的示例

一般而言，旁路電容器在阻抗降至超小值（電流波腹）的位置處具有較小的影響。圖3-3-9用箭頭了指出了這樣的位置。如果在此位置處放置一個元件，其對頻率的影響會減弱，因而需要另外使用鐵氧體磁珠等。（可以移動此位置。但可能會在另一個頻率處出現問題。）

相反，鐵氧體磁珠在阻抗局部超高點可能影響更弱。

就降噪效果而言，結合了電容器和鐵氧體磁珠的LC濾波器可能相對不那么容易受到阻抗波動的影響。

(3) 諧振頻率隨導線長度而變化

由于使傳輸線發(fā)生諧振的頻率會產生很大的電壓和電流，因此可能會導致很強的噪聲發(fā)射。此頻率隨導線長度而變化。因此，如果像圖中所示那樣因重新布置IC而改變導線長度，則可能在意想不到的頻率處使噪聲增大。這類問題難以預測，因為電路圖通常不會指明導線長度。

除了信號線之外，電源模式、電纜和屏蔽表面也可能形成傳輸線并導致諧振。這類諧振器就像完好的天線一樣，會發(fā)射噪聲。

圖3-3-22 導線長度變化導致諧振改變

(4) 電纜或屏蔽板會產生駐波，成為狀態(tài)完好的天線

就電纜連接至電子設備或者設備中使用金屬板作為天線的機制而言，這樣的導體可以被視為像傳輸線一樣產生諧振。（但是，天線的特性阻抗一般不是恒定的。）

例如，如圖3-3-23所示，當電子設備連接至有開放端的電纜時，電纜可以被視為有開口端的傳輸線路。在這種情況下，電纜產生的駐波在端部的電流為零（如圖所示）。因此，基部的阻抗降低，電流在端部不連接任何元件的情況下流動。在電纜長度等于四分之一波長奇數倍的頻率處，會產生諧振，因而也可能發(fā)射噪聲。

這時，基部的阻抗較小，因此，噪聲可能會由增加阻抗的元件（如鐵氧體磁心）所控制。

圖3-3-23 帶開放端的電纜上產生電流

如圖3-3-24所示，如果一端有金屬板連接到地線（當一端連接了屏蔽板時），會產生接地部件處電壓為零的駐波。使金屬板長度等于四分之一波長奇數倍的頻率會導致諧振，且很可能造成噪聲發(fā)射和感應。如果兩端都連接到地線，會產生在兩端電壓均為零的駐波，因此，使金屬板長度等于二分之一波長整數倍的頻率會導致諧振。為消除這樣的問題，連接到地線的各點之間的間隔應縮短到噪聲波長的大約十分之一或以下。

圖3-3-24 金屬板連接到地線，金屬板端作為天線

如上所述，在（較高）頻率范圍內，其中電子設備所使用導體的大小超過四分之一波長（例如10cm時使用750MHz），導體可能作為天線。如果物體噪聲的頻率很高，則需要注意物體尺寸與波長之間的關系。

3-3.噪聲傳導和反射 - 重點內容

√ 根據傳輸理論，電以波的形式進行傳導和反射。

√ 線路特性阻抗和負載阻抗之間的任何偏差都會導致反射。

√ 反射導致線路上產生駐波，進而使阻抗發(fā)生變化或者產生諧振。

√ 在使導線長度為二分之一波長的頻率間隔處，會反復產生諧振。

√ 可采用兩種方法來停止噪聲傳導: 增強反射和內部衰減。

√ 元件特征可通過S參數表示。

附：第三章參考文獻及下載

[1] [Japanese] 電気理論（第2版），池田哲夫，森北出版 2006
[2] High-Speed Digital Design: a Handbook of Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Prentice Hall PTR, 1993
[3] High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Pearson Education, Inc. 2003
[4] [Japanese] よくわかるプリント板実裝の高速?高周波対策，井上博文，日刊工業(yè)新聞社 2009
數字IC電源靜噪和去耦應用手冊 (點擊下載PDF: 3.5MB) ，Murata Manufacturing Co., Ltd. Catalog C39C, 2010