连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素[二]

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

有哪些因素会使噪声问题复杂化呢？

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

• 3-2-1. 并联谐振和串联谐振

  
  

• 3-2-2. 关于谐振电路EMC措施的问题

  
  

• 3-2-3. 数字电路连接至谐振电路时

  
  

• 3-2-4. 无电感器或电容器的情况下产生谐振的示例

  
  

• 3-2-5. 电阻器及铁氧体磁珠的阻尼作用

  
  

• 3-2-6. 数字信号的阻尼

  
  

3-3.噪声的传导和反射

3-4.源阻抗

3-5.小结

3-2谐振和阻尼

3-2-2. 并联谐振和串联谐振

‍‍‍‍‍‍‍‍‍

(1) 谐振电路放大电压

如果电路中存在意外产生的谐振，阻抗会在谐振频率处发生显著变化，导致较大的电流或电压，这会是产生噪声干扰的一个原因。例如，从外侧向图3-2-2(a)中计算的串联谐振电路输入交流信号。

图3-2-2 谐振电路的阻抗（该图表示电抗在数轴上的大小）

如图3-2-4所示，当使用输出阻抗为50Ω的信号发生器施加电压恒定（振幅0.5V）的信号时，电容器会在50MHz谐振频率处产生比输入信号高数倍的电压。

图3-2-4 谐振电路的频率特征示例（计算值）
在这种情况下，电容器或电感器上产生的电压达到输入电压与Q的乘积。如何估算Q值将在章节3-2-5中作解释。图3-2-4的的情况表明Q = 6.3。

(2) 谐振电路可能意外产生

图3-2-4中的测试电路包括一个电容器和一个电感器，其中使用的常数为数字电路中通常会产生的值。例如，数字IC的输入端子具有不同pF的浮动静电容量。线路的电感约为1uH/米。

因此，如果将约1m的电缆连接至数字IC的输入端子（将其连接至外部传感器等），就会产生此处所示的谐振电路。

如果误将导体连接至此点，就会成为噪声发射的原因之一。

(3) 在输入电压很小的情况下内部电压升高

如图3-2-2(a)所示，串联谐振电路的阻抗在谐振频率处达到较低值。因此，您可能简单地认定电压降低。但实际上电压为什么会升高呢？

图3-2-5显示了电压的分解。谐振电路入口处（电阻器和电感器的中点）处的电压确实降低到非常小的水平。但是，由于阻抗降低，电流变大了。因此，谐振电路内产生了比所施加电压更高的电压。

‍‍‍图3-2-5 谐振电路不同位置的电压（计算值）

‍‍‍

在电容器接收一定电压时，为什么谐振电路入口处的电压会消失？

此时，电感器也像电容器一样，接收了完全相同的电压。因为此电压的方向与电容器电压的方向相反，所以在谐振电路入口处几乎察觉不到任何电压。

(4) 谐振电路各点的电压完全不同

当电路发生谐振时，电路各点的电压相差很大。即使某点的电压测量值似乎表明噪声有所减弱，但整个噪声发射的测量值也可能保持不变甚至有所升高。所以需要注意这样的情况。

上面的例子是关于串联谐振电路的情形。

如果是并联谐振电路，流经电容器和电感器的电流会比输入信号的电流更高。因为这种电流也是产生噪声的原因之一，所以在并联谐振电路的情况下也需要注意。

3-2.谐振和阻尼 - 重点内容

√ 谐振可以是串联谐振或并联谐振。

√ 串联谐振使阻抗在谐振频率处降到最低值（理论上为零）。

√ 并联谐振使阻抗在谐振频率处升到超高值（理论上为无穷大）。

√ 在谐振频率处，由于电压和电流极大，容易产生噪声问题。

√ 阻尼电阻器及铁氧体磁珠可用于抑制谐振。

附：第三章参考文献及下载

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装の高速・高周波対策，井上博文，日刊工業新聞社 2009

   
   

5. 数字IC电源静噪和去耦应用手册 (点击下载PDF: 3.5MB) ，Murata Manufacturing Co., Ltd. Catalog C39C, 2010

   
   

下课！

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村田

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