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輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備,。輻射干擾分為差模輻射干擾和共模輻射干擾,。
1.差模輻射的來源 差模輻射是由電路中傳送電流的導(dǎo)線所形成的環(huán)路產(chǎn)生的，這些環(huán)路相當(dāng)于可產(chǎn)生磁場輻射的小型天線,。為了限制輻射發(fā)射,，必須在設(shè)計(jì)過程中對電流導(dǎo)線環(huán)路的尺寸和面積進(jìn)行控制。
2.差模輻射的計(jì)算 差模輻射的情況可以用一個(gè)小型環(huán)狀天線來模擬,。對于一個(gè)環(huán)路面積為,，電流為 的小型天線，在自由空間中距離 處測量到的電場 的大小表示為下式：
上式中電場強(qiáng)度的單位是V/m,；頻率f的單位是Hz,；面積A的單位是m2,；電流I的單位為A；距離r的單位是m,。 上式適用于自由空間中的小型環(huán)狀天線,，并且在天線周圍臨近沒有任何反射物體。但是,，大多數(shù)電子產(chǎn)品的輻射測量都是在地平面上的開闊場地上進(jìn)行,，而不是在所謂的自由空間進(jìn)行的。過多的地面反射可能使輻射發(fā)射的測量結(jié)果便打,，最大可達(dá)6dB,。考慮到這個(gè)因素,，上式必須乘以修正系數(shù)2,。假設(shè)所有反射的方向相同，對地面反射進(jìn)行校正,，（1）式重寫如下：
上式表明：差模輻射發(fā)射大小與電流 ,、信號頻率的平方、環(huán)路面積 成正比,。 3.差模輻射發(fā)射頻譜包絡(luò) 下圖給出了差模發(fā)射的頻譜包絡(luò)圖,。可知,，上升時(shí)間對差模輻射的影響非常重要,。信號的上升時(shí)間決定了頻譜的拐點(diǎn)，過了拐點(diǎn)之后,，差模輻射發(fā)射不再隨著頻率的增大而增大,。 為信號上升沿時(shí)間。 所以,，為了減小差模輻射發(fā)射,，最重要的是盡量減小信號頻率與信號的上升沿時(shí)間。 差模輻射發(fā)射頻譜包絡(luò) 4.差模輻射發(fā)射的控制 根據(jù)上式可知,，控制差模輻射發(fā)射的方法有：減小天線上的電流大?。粶p小電流信號的頻率或電流的諧波分量（信號上升時(shí)間）,；減小導(dǎo)線電流環(huán)路面積,。 1)減小導(dǎo)線電流環(huán)路面積（PCB布局和多層電路板） 盡管電流環(huán)路時(shí)電路正常工作所必需的，但為了限制差模輻射發(fā)射,。必須在設(shè)計(jì)過程中對環(huán)路的尺寸與面積進(jìn)行控制,。 減小導(dǎo)線電流環(huán)路面積的方法主要集中在PCB布局布線過程中。在此過程中首先需要注意的是高速時(shí)鐘信號，時(shí)鐘通常是系統(tǒng)中頻率最高的信號,，因此所有時(shí)鐘線都應(yīng)該有毗鄰的地回流線,；其次是地址總線和數(shù)據(jù)總線，至少應(yīng)保證每8位一組的數(shù)據(jù)導(dǎo)線或地址導(dǎo)線有一條信號回流導(dǎo)線（接地線）相鄰,。同時(shí),，因?yàn)樽畹陀行У刂穼?dǎo)線上的電流頻率往往最高，所以地回流導(dǎo)線最好靠近它來布線,。 2)減小天線上的電流大小 如果接地合理,，電源有去藕且布局良好，PCB上的差模輻射發(fā)射不會(huì)是主要問題,。通常最主要的差模輻射來源是背板和互聯(lián)電纜,。在數(shù)字系統(tǒng)中，背板所產(chǎn)生的輻射往往是最主要的差模輻射源,。事實(shí)上,，相關(guān)導(dǎo)線的長度與背板設(shè)計(jì)完成之后被忽略的差模輻射對發(fā)射的貢獻(xiàn)最大。 a)背板連線的屏蔽 背板應(yīng)采用2層電路板或者有地層設(shè)計(jì)的多層板,，這樣能夠控制背板上的信號環(huán)路面積,。假如無法使用接地平面層，那么應(yīng)當(dāng)使用多個(gè)地回路,，并且散布在背板上,，不要擁擠在一起布線，以有效減小環(huán)路面積,。 b)電纜的屏蔽（互聯(lián)電纜布局和屏蔽電纜） 電纜布線的主要設(shè)計(jì)目的是為信號線路提供一個(gè)緊鄰的電流返回線路,，減小它們所包圍起來的環(huán)路面積。電纜按照減小輻射能力排序：同軸電纜,、三芯電纜、雙絞線,、扁平電纜,。 扁平電纜最好的排列方式是：地線-信號線-地線-……信號線-地線。此外還有一種有效的方法：地線-信號線-信號線-地線-信號線-信號線-地線,。如下圖所示,。 扁平帶狀電纜配置：（a）單根地線（b）信號線和地線交替排列 （c）地-信號-信號-地（d）信號線在地平面上
1.共模輻射的來源 共模輻射是因電路中不需要的電壓降產(chǎn)生的，這種電壓降使系統(tǒng)的某些部件與“真正”的地之間形成一個(gè)共模電位差,。一般來說,，共模輻射來自于系統(tǒng)中的電纜。如圖所示,，輻射發(fā)射的頻率由共模電勢（通常是地電壓）決定,。 系統(tǒng)電纜的共模輻射 2.共模輻射的計(jì)算 共模發(fā)射可以模擬成一個(gè)短的（小于）單極子天線，天線由共模電壓（地電壓）驅(qū)動(dòng)。對于一個(gè)地平面上的長度等于 的短的單極子理想天線,，在距離為 的點(diǎn)測量到的電場強(qiáng)度的大小可以用下面的公式來表示：
上式中電場強(qiáng)度的單位是V/m,；頻率f的單位是Hz；電流I的單位為A,，表示的是電纜上的共模電流,；長度l和距離r的單位是m。 對于非理想天線,，假設(shè)某一個(gè)方向的發(fā)射最大,，公式（3）可重新整理如下：
上式表明：輻射發(fā)射大小與頻率 、天線長度,、天線上的共模電流 大小成正比,。 3.共模輻射發(fā)射頻譜包絡(luò) 下圖給出了共模發(fā)射的頻譜包絡(luò)圖。隨著頻率的增大,，共模輻射會(huì)逐漸減弱,，所以共模發(fā)射載頻率小于時(shí)才是問題， 為信號上升沿時(shí)間,。 共模輻射發(fā)射頻譜包絡(luò) 4.共模輻射與差模輻射 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和布局階段很容易控制差模輻射,。相比之下，共模輻射卻很難控制,。通常,，恰恰是共模輻射決定著產(chǎn)品的整體發(fā)射性能。 使（2）式與（4）式相等,，解出差模電流與共模電流的比值,，就可以算出產(chǎn)生大小相等的輻射場所需要的差模電流對共模電流之比，所以有：
這個(gè)結(jié)果表明：差模電流只有比共模電流大至少3個(gè)數(shù)量級,，它產(chǎn)生的輻射場才能等于共模電流產(chǎn)生的輻射場。也就是說,，幾微安的共模電流就能夠產(chǎn)生與幾毫安差模電流產(chǎn)生的輻射場相等的輻射場,。 5.共模輻射發(fā)射的控制 減小輻射發(fā)射大小的主要方法是限制共模電流的大小。采取下面的措施就能夠達(dá)到控制共模電流大小的目的： 使驅(qū)動(dòng)天線的源電壓最小,，通常是指地電壓,； 提供足夠大的共模阻抗與電纜串聯(lián)，即使用所謂的共模扼流圈,； 將共模電流分流到地,； 電纜實(shí)施屏蔽,。 1)減小共模電壓 使用接地網(wǎng)格或接地平面減小接地系統(tǒng)上的電壓降是減小共模電壓的有效方法。下圖是PCB使用接地網(wǎng)格減小共模發(fā)射的效果參考圖,。
PCB輻射發(fā)射測量結(jié)果頻譜 為設(shè)備選擇與外部大地合理連接點(diǎn)也有助于減小共模電壓,。設(shè)備的外部接地點(diǎn)距離借口電纜的位置越遠(yuǎn)，這兩點(diǎn)之間就越容易產(chǎn)生較大的共模電壓,。 2)共模扼流圈 共模扼流圈普遍用于限制電纜上的共模發(fā)射,，其工作特性不會(huì)影響到差模電流。由于扼流圈繞組之間寄生電容的旁路效應(yīng),，共模扼流圈的效果一般不會(huì)大于20dB,，典型值在6dB～12 dB之間。一般要求共模扼流圈在需要抑制的頻率范圍內(nèi)至少具有100Ω～1000Ω的阻抗,，小于這個(gè)范圍就很難有效了,。 3)電纜的去耦 使用去藕電容將電纜上的共模電流分流到地，其使用效果取決于驅(qū)動(dòng)電路的共模源阻抗,。除了去耦電容之外,，采用與電纜串聯(lián)的電阻或電感也能獲得減小共模電流的效果。內(nèi)嵌并聯(lián)電容器或串聯(lián)電感類元件的引腳濾波型連接器也是一種用于電纜共模抑制的技術(shù),。 4)電纜的屏蔽 為了減小電纜的輻射,，可以采用屏蔽電纜。 電纜的去耦和屏蔽都需要一個(gè)沒有受到數(shù)字邏輯電路噪聲污染的“干凈”的地,。PCB必須采取下圖所示方式布局,。
為了避免I/O地受到污染，只能將I/O線的去藕電容和外部電纜的屏蔽層連接到這個(gè)地上,。 I/O地與外部大地之間必須提供低阻抗連接,，通常是通過安全接地線接地。為了減小I/O地的接地電感,，I/O地與結(jié)構(gòu)地之間必須多點(diǎn)連接,。 |
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