EMI的產(chǎn)生分析
我們來分析一下EMI的產(chǎn)生,忽略自然干擾的影響,在電子電路系統(tǒng)中我們主要考慮是電壓瞬變和信號的回流這兩方面。
1 電壓瞬變
對于電磁干擾的分析,可以從電磁能量外泄方面來考慮,如果器件向外泄露的能量越少,我們可以認為產(chǎn)生的電磁干擾就比較小。對于高速的數(shù)字器件來說,產(chǎn)生高頻交流信號時的電壓瞬變是產(chǎn)生電磁干擾的一個主要原因。我們知道,數(shù)字信號在開關輸出時產(chǎn)生的頻譜不是單一的,而是融合了很多高次諧波分量,這些諧波的振幅(即能量)由器件的上升或者下降時間來決定,信號上升和下降速率越快,即開關頻率越高,則產(chǎn)生的能量越多。所以,如果器件在很短的時間內(nèi)完成很大的電壓瞬變,將會產(chǎn)生嚴重的電磁輻射,這個電磁能量的外泄就會造成電磁干擾問題。通常,高速數(shù)字電路的EMI發(fā)射帶寬可以通過下面的公式計算:
F=1/πTr,
F為開關電路產(chǎn)生的最高EMI頻率,單位為GHz,Tr為信號的上升時間或者下降時間,單位為ns。
比如,對于上升時間為1ns左右的器件,那么它所產(chǎn)生的最高EMI頻率將為350MHz,而如果上升時間降為為500ps,那么它的最高EMI發(fā)射頻率將為700MHz,遠遠高于系統(tǒng)正常的工作頻率,這將會在一定程度上影響周圍其他系統(tǒng)的正常工作。
顯然,如果能減緩信號的上升沿,將會在很大程度上減少EMI,但是隨著電子設計和芯片制造水平的發(fā)展,器件總是朝著高速方向發(fā)展,單一的降低信號開關速率顯然是不現(xiàn)實的。但我們卻可以通過降低信號電壓來達到同樣的目的,因為在相同的時間內(nèi),低電壓器件需要跨越的邏輯門電壓幅度較小,就同樣減緩器件的上升沿速率,所以低電壓器件也是高速電路發(fā)展的趨勢。
2信號的回流
任何信號的傳輸都存在一個閉環(huán)的回路,當電流從驅(qū)動端流入接收端的時候,必然會有一個回流電流通過與之相鄰的導體從接收端回流至驅(qū)動端,構(gòu)成一個閉合的環(huán)路,而環(huán)路的大小卻和EMI的產(chǎn)生有著很大的關系,我們都知道,每一個環(huán)路都可以等效為一個天線,環(huán)路數(shù)量或者面積越大,引起的EMI也越強。我們知道,交流信號會自動選取阻抗最小的路徑返回驅(qū)動端,但實際情況中,信號不可能始終保持如圖1所示的理想路徑,特別是在高密度布線的PCB板上,過孔,縫隙等都可能降低參考平面理想的特性,而是表現(xiàn)為更復雜的回流形式(圖2)。
圖1 理想信號回流示意圖
圖2 實際情況中的信號回流
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