连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素[二]

[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...

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

3-3.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

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(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）

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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] [Japanese] 電気理論（第2版），池田哲夫，森北出版 2006
[2] High-Speed Digital Design: a Handbook of Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Prentice Hall PTR, 1993
[3] High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Pearson Education, Inc. 2003
[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
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