连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素[一]

[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...

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

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(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] [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