连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素[三]

[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

3-2-1. 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

3-2-3. 数字电路连接至谐振电路时

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(1) 在谐振频率处更容易产生噪声

如前上所述，如果将可以作为天线的导体连接至谐振电路，导体会接收谐振频率的高压，产生很强的发射，从而导致噪声。此外，就抗扰度而言，噪声容易在谐振频率处被接收。

如果接有天线的谐振电路连接至包含很宽范围频率的信号（如数字信号），谐振频率附近频率的谐波将具有很强的发射性。

图3-2-6和图3-2-7给出了一些例子: 在上述50MHz串联谐振电路连接至10MHz时钟脉冲信号时，测量脉冲波形和发射的变化。作为噪声抑制的示例，图中也指出了连接有铁氧体磁珠时的波形和发射。

图3-2-6 谐振电路和天线连接至数字信号的测试电路

图3-2-7 谐振电路和天线连接至数字信号时的噪声发射

(2) 数字信号连接至谐振电路时

图3-2-6提供了测试电路及电压波形的测量结果。作为噪声源的数字IC中使用了74AC00。IC的输出端连接至谐振频率为50MHz的串联谐振电路。观察到的波形表明10MHz数字脉冲中存在强烈的振铃，使脉冲波形严重失真。这是因为，在10MHz信号所包含的谐波中，仅提取了第5次谐波（50MHz）。（观察到振铃频率为50MHz）

(3) 使用铁氧体磁珠的阻尼

后面将会介绍阻尼电阻器和铁氧体磁珠能有效抑制这类谐振。图3-2-6展示了连接有铁氧体磁珠时的波形。从图中可以发现，谐振已经得到抑制，信号也恢复到原来的脉冲波形。

(4) 通过噪声发射确认谐振

图3-2-7显示了噪声发射的结果。磁场强度是通过“3米法”测量的。为便于参照，图中也提供了无天线情况下的测量结果，而且已经证实了在仅包括数字IC和谐振电路时，几乎没有噪声发射。图中下部的曲线表示频谱分析仪的黑色噪声电平。

(5) LC谐振和天线谐振

图3-2-7(a)指出了用15cm导线作为天线连接谐振电路来发射噪声的情形。在LC谐振电路的谐振频率50MHz处观察到强烈的发射。除了此频率外，还在500MHz处观察到了噪声。在该频率处，作为天线连接的15cm导线作为1/4波长天线工作。因此，除了图3-2-7(a)中的LC谐振，还可能观察到天线的谐振效应。天线的谐振将在后续章节中进行讲述。

图3-2-7(b)显示了连接铁氧体磁珠时的测量结果。可以发现噪声发射得到了有效抑制。

3-2-4. 无电感器或电容器的情况下产生谐振的示例

(1) 数字信号线建立的谐振电路

为了进行测量并着重考察图3-2-6和图3-2-7中的谐振效应，试验中使用了电容器和电感器建立LC谐振电路。但是，在实际电路中，没有这些元件也会产生谐振。

例如，在如图3-2-8所示的数字信号线路中，驱动器和接收器之间连接的导线存在电感。此外，接收信号的接收器的输入端存在静电容量。可以认为章节2-4-7所述数字电路通过这些因素构成了一个谐振电路。

图3-2-8 数字信号线路构建的谐振电路模型

(2) 随着谐振频率降低问题变得明显

当数字信号线路非常短时，这些因素导致的谐振频率会变得非常高（100MHz以上），因此其影响可以忽略。但是，如果使用的是双面板，或通过延长线路增强电感，或通过连接多个接收器增加静电容量，较低谐振频率产生的影响（脉冲波形失真或噪声发射增强等）将不可忽略。

为应对上述情形，可为信号输出元件提供连接盘，便于使用诸如铁氧体磁珠的谐振抑制元件，从而能够按照章节3-2-6所述轻松实施噪声抑制措施。

(3) 电源电缆和印刷电路板可能是产生谐振的原因

除了数字信号外，各种构成电路的因素都可作为电路图中未提及的电容器或电感器运作，并导致谐振。所以需要注意这样的情况。图3-2-9提供了一个示例。

图3-2-9 谐振示例

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