实用EMI噪讯对策讲座(1)基础物理篇

作者：  信息来源:pcb设计  2008-5-12

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几乎所有的电子硬件工程师工作上都会面临不同程度的电磁波干扰(EMI)问题，尤其是最近几年电子产品逐渐朝高功率、高传输速率、小型化方向发展，使得EMI问题越来越复杂多样化，事实上这正意味着充分掌握EMI特性，同时在设计阶段事先导入预防措施采取正确的防范对策，才是有效克服日趋严格的EMI/EMC挑战最佳手段。本文将从...

 
 
电路图中未标示的电路
使信号歪斜的要素
使信号歪斜的要素通常是某些电路组件，具体而言它是指为了刻意进行信号处理时，使用适合该处理作业需求的电路组件，例如电阻Δ、电容Δ等等，而这些电路组件一定被组装搭载在电路上，不过产生噪讯的电路组件一般都未装设在电路上，此处笔者想想要强调的是「即使电路图中未记载、标示，波形歪斜的要素仍旧存在」。电路图中记载的电路组件被视为理想性动作体，在电路图中电阻器属于纯粹理想性电阻器，电容器也是属于纯粹理想性电容器，然而实际使用的电子组件却偏离理想性具备现实特性。图3是组件的理想特性与现实特性，以频率特性Δ的形式进行比较。
　

图3 组件的理想特性与实际特性
　
由图3可知在频率较低的范围，组件几乎依照理想性动作，频率一旦变高组件的现实特性从理想特性大幅偏离，因此选择电子组件时必需针对该组件实际使用信号频率范围，可以完全发挥理想性动作为前提选用，亦即可以使该组件在使用目的下的频率范围内以接近理想性动作。如图3所示频率较高处，电容几乎完全电感化(inductor)Δ，即使想用滤波器(filter)Δ消除噪讯，由于该现实特性限制，滤波器可能无法达成消除噪讯的预期目标。同样的信号线在电路图上拥有零阻抗(zero impedance)的理想特性，不过现实信号线则一定具备阻抗Δ(图4)。
　

图4 信号线具备阻抗
　
阻抗(impedance)内部若有电流流动就会产生电压(图5)，该电压就是一般所谓的「噪讯」。阻抗为电感(inductance)时阻抗值为 jωL，电流的频率( ω )一旦变高，对高频噪讯电流而言成为无法忽略电感造成的电压。此处请读者注意，笔直的一般信号线具备电感，电线呈环状卷绕时同样具备电感，尤其是刻意使电感变大的线圈(coil)Δ。类似这样即使电路图中未标示，实际存在的电路称为「电路图未标示的电路」，这点请读者务必牢记在心，因为「电路图未标示的电路」概念非常重要，它对日后处理EMI问题具有潜在性影响。
　

图5 电流在阻抗内流动时的特性
　
信号同样有各种形式，例如摩尔斯符号也是信号的一种。电气性信号分为交流与直流两种，直流Δ(考虑期间)属于一定的信号，相对的交流Δ则是随着电流流动方向变化的信号。虽然图7是电流的波形，不过电压的波形也相同。所谓交流是指平均值为0，正端(plus)与负端(minus)呈对称性波形而言。

图7(b)是交流的代表正弦波形，正弦波形可用下式表示:

i = sin ( ω x t )
ω : 角速度

角速度对周期 具有以下关系:

ω = 2π / T

频率 可用下式表示:
频率的单位是 Hz (Hertz)。
　

图7 电流的波形
　
正弦波形的交流为正弦波交流，最具代表性的交流单纯交流时，一般是指正弦波交流，不过交流却不限定是正弦波交流，根据以上述定义者全部都是交流，图8是常见的交流电波形。
　

图8 常见的交流电波形
　
正弦波形除了上述特性之外还需考虑它的位相Δ，一般信号并不是单纯的交流，它是变化复杂任意波形的信号(图9)。任意波形的信号可以用直流成份与多数(彼此频率相异)正弦波形相加方式表示(图10)。

图9 一般信号常见的波形
　

图10 任意波形的信号