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连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素 - 源阻抗（I）
时间：2021-11-29 16:29:34
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[导读]同学们,《静噪基础课程》本期继续开讲！上一章介绍的是产生电磁噪声的机制本节为你介绍如何抑制电源电压波动第3 章 噪声 问题复杂 化 的因素 第1章为什么需要EMI静噪滤波器第2章产生电磁噪声的机制第3章噪声问题复杂化的因素3-1.简介3-2.谐振和阻尼3-3.噪声的传导和反...
同学们,《静噪基础课程》本期继续开讲！
噪 声 问 题 复 杂 化 的 因 素
第1章 为什么需要EMI静噪滤波器
为防止噪声传导，可如图3-4-2(a)所示插入一个电源滤波器。滤波器的效用可按照除电源外其他情形的同样方式以插损或S参数来表示。
图3-4-2 电源噪声抑制的两种视角
一般而言，滤波器防止噪声传导的效果与抑制电源电压波动的效果并不不同。其抑制电源电压波动的效果通过源阻抗来表示。当电源电压的波动传到外部时，噪声将会如图3-4-2(a)所示被传出。尽管这两种噪声看似不同，但它们却相互关联。
本章节主要针对数字电路，介绍电源电压波动和源阻抗。
3-4-1. 电源电压波动
如第2章的章节2-3所述，在电路运行中，数字电路的电源和接地中会产生长钉形的电流。这种电流将噪声感应到电源，使电源电压发生波动，导致电路无法稳定运行。它也会更容易引起信号波形和产生噪声方面的问题。
(2) 电源电压波动的影响
图3-4-3中的示意图解释了当噪声被感应到数字IC电源时整个设备的噪声产生的影响。IC电源电压波形如图中间所示。根据长钉形的波形，可以发现这是数字电路运行中感应的噪声。
图3-4-3 噪声反射和衰减
在此，长钉形的波形被称为电源电压的波动。这种效应会干扰电路的稳定运行和增速，或将噪声扩散至电源线或信号线，或使信号波形失真，如图中(1)到(4)所示。如果扩散至电源线的噪声由电缆发射，则会成为关乎噪声规定的问题。
(3) 电源噪声的频谱
(4) 源阻抗的频率特征
为减少电源电压波动，要降低源阻抗。因为根据欧姆定律阻抗与电压存在比例关系，如果流经数字IC的电流恒定，电压波动就会减少，因为源阻抗也降低了。
图3-4-5给出了源阻抗测量结果的一个示例。一般而言，电源具有较小的源阻抗更好，这样能提供较高的电源性能和出色的降噪能力。
图3-4-5 源阻抗测量结果的示例
(5) 源阻抗测量
3-4-2. 去耦电容器
如图3-4-6(a)所示，由于连接电源和负载的线路具有电感和电阻，即使电源在理想情况下运行（0Ω），负载侧还是会产生一些阻抗。特别是在高频范围内，线路中的电感是使阻抗升高的主要原因。
为降低高频范围内的源阻抗，如图3-4-6(b)所示在电源和地线之间靠近负载的地方连接一个电容器。这个电容器称为去耦电容器、电源旁通电容器或者旁通电容器等。
去耦电容器作为临时储电器吸收负载电流的改变，防止电源电压的波动和噪声的产生。因为其放置在负载附近，线路阻抗造成的影响会减少。从阻抗的角度而言，这种运行方式意味着源阻抗降低了。
但是，即使使用了去耦电容器，还是存在一段导线（如图3-4-6(b)所示），并产生电感。因此，布置电容器时，应使这部分越短越好。
从噪声抑制的角度来看，可以认为去耦电容器限制了负载和去耦电容器之间线路部分负载侧电源产生的高频电流，从而防止了噪声传到电源线更远的地方。因此，去耦电容器不仅是稳定电路操作而且也是防止噪声产生的重要元件。为了更有效地防止噪声传导，可如图3-4-2(a)所示增加一个铁氧体磁珠，或者也可使用具有出色静噪性能的电容器，如三端子电容器。
图3-4-7显示了针对图3-4-4中的测试电路使用去耦电容器时电源电压波动发生的变化。通过连接电容器，电压波动幅度从0.48V降至0.10V，同时噪声发射降低了10dB。
噪 声 问 题 复 杂 化 的 因 素
第1章 为什么需要EMI静噪滤波器
-
3-4-1. 电源电压波动
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3-4-2. 去耦电容器
-
3-4-3. 环路阻抗
-
3-4-4. 如何尽量降低环路阻抗
-
3-4-5. 源阻抗和噪声抑制之间的不同
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3-4-6. 在噪声路径上采取噪声措施
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3-4-7. 噪声路径未知时怎么办
为防止噪声传导，可如图3-4-2(a)所示插入一个电源滤波器。滤波器的效用可按照除电源外其他情形的同样方式以插损或S参数来表示。
图3-4-2 电源噪声抑制的两种视角
一般而言，滤波器防止噪声传导的效果与抑制电源电压波动的效果并不不同。其抑制电源电压波动的效果通过源阻抗来表示。当电源电压的波动传到外部时，噪声将会如图3-4-2(a)所示被传出。尽管这两种噪声看似不同，但它们却相互关联。
本章节主要针对数字电路，介绍电源电压波动和源阻抗。
3-4-1. 电源电压波动
如第2章的章节2-3所述，在电路运行中，数字电路的电源和接地中会产生长钉形的电流。这种电流将噪声感应到电源，使电源电压发生波动，导致电路无法稳定运行。它也会更容易引起信号波形和产生噪声方面的问题。
(2) 电源电压波动的影响
图3-4-3中的示意图解释了当噪声被感应到数字IC电源时整个设备的噪声产生的影响。IC电源电压波形如图中间所示。根据长钉形的波形，可以发现这是数字电路运行中感应的噪声。
图3-4-3 噪声反射和衰减
在此，长钉形的波形被称为电源电压的波动。这种效应会干扰电路的稳定运行和增速，或将噪声扩散至电源线或信号线，或使信号波形失真，如图中(1)到(4)所示。如果扩散至电源线的噪声由电缆发射，则会成为关乎噪声规定的问题。
(3) 电源噪声的频谱
(4) 源阻抗的频率特征
为减少电源电压波动，要降低源阻抗。因为根据欧姆定律阻抗与电压存在比例关系，如果流经数字IC的电流恒定，电压波动就会减少，因为源阻抗也降低了。
图3-4-5给出了源阻抗测量结果的一个示例。一般而言，电源具有较小的源阻抗更好，这样能提供较高的电源性能和出色的降噪能力。
图3-4-5 源阻抗测量结果的示例
(5) 源阻抗测量
3-4-2. 去耦电容器
如图3-4-6(a)所示，由于连接电源和负载的线路具有电感和电阻，即使电源在理想情况下运行（0Ω），负载侧还是会产生一些阻抗。特别是在高频范围内，线路中的电感是使阻抗升高的主要原因。
为降低高频范围内的源阻抗，如图3-4-6(b)所示在电源和地线之间靠近负载的地方连接一个电容器。这个电容器称为去耦电容器、电源旁通电容器或者旁通电容器等。
去耦电容器作为临时储电器吸收负载电流的改变，防止电源电压的波动和噪声的产生。因为其放置在负载附近，线路阻抗造成的影响会减少。从阻抗的角度而言，这种运行方式意味着源阻抗降低了。
但是，即使使用了去耦电容器，还是存在一段导线（如图3-4-6(b)所示），并产生电感。因此，布置电容器时，应使这部分越短越好。
从噪声抑制的角度来看，可以认为去耦电容器限制了负载和去耦电容器之间线路部分负载侧电源产生的高频电流，从而防止了噪声传到电源线更远的地方。因此，去耦电容器不仅是稳定电路操作而且也是防止噪声产生的重要元件。为了更有效地防止噪声传导，可如图3-4-2(a)所示增加一个铁氧体磁珠，或者也可使用具有出色静噪性能的电容器，如三端子电容器。
图3-4-7显示了针对图3-4-4中的测试电路使用去耦电容器时电源电压波动发生的变化。通过连接电容器，电压波动幅度从0.48V降至0.10V，同时噪声发射降低了10dB。
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