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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


那么,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


3-1简 介


第2章介绍了产生电磁噪声的机制,并特别详细地介绍了数字电路中产生的噪声。




要应对电子设备噪声干扰,不仅需要了解噪声源,还必须知晓传输路径和天线的特征。本章节详细介绍了其中的传输路径。




在此之前,已经通过较为简单的表述解释了噪声的产生(谐波除外)。但是,在解释噪声传输和发射的机制时,会提及传输理论、电磁学和天线理论中使用的术语(如图3-1-1所示)。如果不理解这些术语,就无法处理噪声问题。




图3-1-1 第3章将要介绍的内容



因此,本章节将(尽量使用较少的公式)解释这些术语,并介绍关于噪声的重要课题,如谐振和阻尼、噪声传导和反射以及源阻抗。



3-2谐振和阻尼


在产生噪声或接收到噪声感应时,谐振是一个重要因素。
如果电路中包含意外建立的谐振电路,则会在谐振频率处产生非常大的电流或电压,更易产生噪声干扰。尽可能消除电路中的谐振是很重要的。如果要抑制谐振,需使用阻尼电阻器。
本章节将介绍谐振和阻尼电阻器。



3-2-1. 并联谐振和串联谐振


‍‍‍‍‍‍‍‍‍


(1) LC谐振电路




谐振指的是电路中的感应电抗和电容电抗在特定频率处相互抵消,这个特定频率就叫做“谐振频率”。




尽管能产生电抗(阻抗的虚数分量)的典型元件是电感器 (线圈) 和电容器,但任何其他元件,甚至连简单的导线都可以是产生谐振的要素,因为它们仍具有非常小的电抗。




(尽管除上述元件之外,天线、平行板、传输路径等也可能导致与EMC相关的谐振,但此处我们只着重于电感器和电容器产生的LC谐振。)




(2) 谐振电路的阻抗



如图3-2-1所示,谐振电路分两种: 串联谐振和并联谐振。根据图3-2-2中的计算示例,串联谐振使阻抗降至较低值(理论上为零),而并联谐振使阻抗升到超高值(理论上为无穷大)。




图3-2-1 串联谐振和并联谐振




图3-2-2 谐振电路的阻抗(该图表示电抗在数轴上的大小)



(3) 电抗抵消为零



如图3-2-3所示,电感器电抗和电容器电抗的量值在谐振频率处变为相等,两者相互抵消,最终相加之和为零。




图3-2-3 串联谐振使阻抗降至较低值的机制



图3-2-3解释了串联谐振的情形;如果是并联谐振,则将电抗替换为电纳(导纳的虚数成分),会出现电纳在谐振频率处被抵消为零。因此,阻抗升到超高值,这很容易理解。



(4) 谐振频率



无论是串联谐振还是并联谐振,都可以通过以下公式估算出谐振频率ƒ0。在图3-2-2的示例中,ƒ0约为50MHz。




公式3-2-1




(5) 谐振Q



谐振强度可通过指数Q(质量因子)来表示。Q越高表示谐振越强。指数Q也是用作表示电容器和电感器性能的指数。存在这样一种关系: 当使用Q值较大的电容器或电感器时,所建立谐振电路的Q值也较大。



如何估算Q值将在章节3-2-5中作解释。



(6) 电容器和电感器的自谐振



在高频范围内使用电容器或电感器时,由于其固有的寄生成分,电容器或电感器本身会在特定频率处导致谐振。这就叫做自谐振。



自谐振将在第6章中进一步讲述。



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




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村田


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