在信號(hào)完整性的書籍中,也會(huì)把信號(hào)完整性分為:1.信號(hào)自身傳輸?shù)膯栴}(反射,損耗);2.信號(hào)與信號(hào)之間的問題(串?dāng)_);3.電源問題;4.EMC問題。看來(lái)EMC跟SI重疊度很高啊,確實(shí)做久了之后,發(fā)現(xiàn)其實(shí)他們都是在解決一個(gè)電磁場(chǎng)往哪兒去的問題,解決的思路與手段都有非常大的相似性。
在PCB板上的電磁場(chǎng),更多的還是儲(chǔ)存在電容電感中,任何一個(gè)導(dǎo)體都是電感,而任何兩個(gè)導(dǎo)體的組合都是電容。儲(chǔ)存在信號(hào)路徑與回流路徑之中的電磁場(chǎng)是我們的有效信號(hào),儲(chǔ)存在信號(hào)路徑與其他路徑之間的是我們的串?dāng)_,還有一部分能量會(huì)散逸出去(可以理解為跑去信號(hào)路徑與PCB板外的金屬所構(gòu)成的電容中了),這一部分能量就是我們的EMI能量。
而電磁場(chǎng)也是有惰性的,哪里電容大它就呆在那里,哪里阻抗小它就往哪去,哪里的互感大就會(huì)分到更多的能量。信號(hào)發(fā)送出來(lái),其總能量可以認(rèn)為是一定的,信號(hào)路徑與回流路徑之間分到的能量變多了,串?dāng)_和EMI也就變小了。
下面看看我們反射是怎樣影響EMI的。
如大家平時(shí)看到的圖片一樣,反射會(huì)讓信號(hào)產(chǎn)生振鈴:
(圖一)
大家平時(shí)通常說這個(gè)波形的信號(hào)質(zhì)量不好,但其實(shí)這樣的信號(hào)的EMI也更嚴(yán)重,反射的過沖使得dI/dt變得更大了,有振鈴信號(hào)的頻譜如下圖中紅色所示:
(圖二)
信號(hào)傳輸?shù)奈锢斫Y(jié)構(gòu)沒有變化,信號(hào)某一些頻率的幅度變強(qiáng)了,輻射的能量自然也就變強(qiáng)了。
可能有的朋友會(huì)問了:不是說好了能量守恒嗎?這些莫名其妙多出來(lái)的能量是從哪里來(lái)的?
其實(shí)只是反射之后某一部分的電磁場(chǎng)在時(shí)間和空間上進(jìn)行了疊加,看起來(lái)增加了而已。
事實(shí)上,小陳同學(xué)確實(shí)有通過加匹配電阻成功的解決了一個(gè)醫(yī)療儀器項(xiàng)目EMI超標(biāo)的問題,在源端加上一個(gè)50歐姆的匹配電阻之后,信號(hào)從紅色波形變成了藍(lán)色的波形:
(圖三)
可以看到,信號(hào)整體的頻譜分量明顯變小了。
而且這樣的串阻除了匹配阻抗消除反射,減小電磁場(chǎng)在某些地方的疊加,達(dá)到減小EMI能量之外,還可以從另一個(gè)方面去減小EMI能量,可以看到圖三中低頻的諧波也有較明顯的改善,而圖二中則沒有。
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