同學們,

《靜噪基礎課程》本期繼續(xù)開講！

上一章介紹的是

產(chǎn)生電磁噪聲的機制

有哪些因素會使噪聲問題復雜化呢？

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(chǎn)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

• 3-2-1. 并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振

  
  

• 3-2-2. 關于諧振電路EMC措施的問題

  
  

• 3-2-3. 數(shù)字電路連接至諧振電路時

  
  

• 3-2-4. 無電感器或電容器的情況下產(chǎn)生諧振的示例

  
  

• 3-2-5. 電阻器及鐵氧體磁珠的阻尼作用

  
  

• 3-2-6. 數(shù)字信號的阻尼

  
  

3-3.噪聲的傳導和反射

3-4.源阻抗

3-5.小結(jié)

3-2諧振和阻尼

3-2-3. 數(shù)字電路連接至諧振電路時

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(1) 在諧振頻率處更容易產(chǎn)生噪聲

如前上所述，如果將可以作為天線的導體連接至諧振電路，導體會接收諧振頻率的高壓，產(chǎn)生很強的發(fā)射，從而導致噪聲。此外，就抗擾度而言，噪聲容易在諧振頻率處被接收。

如果接有天線的諧振電路連接至包含很寬范圍頻率的信號（如數(shù)字信號），諧振頻率附近頻率的諧波將具有很強的發(fā)射性。

圖3-2-6和圖3-2-7給出了一些例子: 在上述50MHz串聯(lián)諧振電路連接至10MHz時鐘脈沖信號時，測量脈沖波形和發(fā)射的變化。作為噪聲抑制的示例，圖中也指出了連接有鐵氧體磁珠時的波形和發(fā)射。

圖3-2-6 諧振電路和天線連接至數(shù)字信號的測試電路

圖3-2-7 諧振電路和天線連接至數(shù)字信號時的噪聲發(fā)射

(2) 數(shù)字信號連接至諧振電路時

圖3-2-6提供了測試電路及電壓波形的測量結(jié)果。作為噪聲源的數(shù)字IC中使用了74AC00。IC的輸出端連接至諧振頻率為50MHz的串聯(lián)諧振電路。觀察到的波形表明10MHz數(shù)字脈沖中存在強烈的振鈴，使脈沖波形嚴重失真。這是因為，在10MHz信號所包含的諧波中，僅提取了第5次諧波（50MHz）。（觀察到振鈴頻率為50MHz）

(3) 使用鐵氧體磁珠的阻尼

后面將會介紹阻尼電阻器和鐵氧體磁珠能有效抑制這類諧振。圖3-2-6展示了連接有鐵氧體磁珠時的波形。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，諧振已經(jīng)得到抑制，信號也恢復到原來的脈沖波形。

(4) 通過噪聲發(fā)射確認諧振

圖3-2-7顯示了噪聲發(fā)射的結(jié)果。磁場強度是通過“3米法”測量的。為便于參照，圖中也提供了無天線情況下的測量結(jié)果，而且已經(jīng)證實了在僅包括數(shù)字IC和諧振電路時，幾乎沒有噪聲發(fā)射。圖中下部的曲線表示頻譜分析儀的黑色噪聲電平。

(5) LC諧振和天線諧振

圖3-2-7(a)指出了用15cm導線作為天線連接諧振電路來發(fā)射噪聲的情形。在LC諧振電路的諧振頻率50MHz處觀察到強烈的發(fā)射。除了此頻率外，還在500MHz處觀察到了噪聲。在該頻率處，作為天線連接的15cm導線作為1/4波長天線工作。因此，除了圖3-2-7(a)中的LC諧振，還可能觀察到天線的諧振效應。天線的諧振將在后續(xù)章節(jié)中進行講述。

圖3-2-7(b)顯示了連接鐵氧體磁珠時的測量結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn)噪聲發(fā)射得到了有效抑制。

3-2-4. 無電感器或電容器的情況下產(chǎn)生諧振的示例

(1) 數(shù)字信號線建立的諧振電路

為了進行測量并著重考察圖3-2-6和圖3-2-7中的諧振效應，試驗中使用了電容器和電感器建立LC諧振電路。但是，在實際電路中，沒有這些元件也會產(chǎn)生諧振。

例如，在如圖3-2-8所示的數(shù)字信號線路中，驅(qū)動器和接收器之間連接的導線存在電感。此外，接收信號的接收器的輸入端存在靜電容量?？梢哉J為章節(jié)2-4-7所述數(shù)字電路通過這些因素構成了一個諧振電路。

圖3-2-8 數(shù)字信號線路構建的諧振電路模型

(2) 隨著諧振頻率降低問題變得明顯

當數(shù)字信號線路非常短時，這些因素導致的諧振頻率會變得非常高（100MHz以上），因此其影響可以忽略。但是，如果使用的是雙面板，或通過延長線路增強電感，或通過連接多個接收器增加靜電容量，較低諧振頻率產(chǎn)生的影響（脈沖波形失真或噪聲發(fā)射增強等）將不可忽略。

為應對上述情形，可為信號輸出元件提供連接盤，便于使用諸如鐵氧體磁珠的諧振抑制元件，從而能夠按照章節(jié)3-2-6所述輕松實施噪聲抑制措施。

(3) 電源電纜和印刷電路板可能是產(chǎn)生諧振的原因

除了數(shù)字信號外，各種構成電路的因素都可作為電路圖中未提及的電容器或電感器運作，并導致諧振。所以需要注意這樣的情況。圖3-2-9提供了一個示例。

圖3-2-9 諧振示例

3-2.諧振和阻尼 - 重點內(nèi)容

√ 諧振可以是串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。

√ 串聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處降到最低值（理論上為零）。

√ 并聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處升到超高值（理論上為無窮大）。

√ 在諧振頻率處，由于電壓和電流極大，容易產(chǎn)生噪聲問題。

√ 阻尼電阻器及鐵氧體磁珠可用于抑制諧振。

附：第三章參考文獻及下載

1. [1] [Japanese] 電気理論（第2版），池田哲夫，森北出版 2006

   
   

2. [2] High-Speed Digital Design: a Handbook of Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Prentice Hall PTR, 1993

   
   

3. [3] High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Pearson Education, Inc. 2003

   
   

4. [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

   
   

5. 數(shù)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

   
   

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