連載?|?村田靜噪小課堂?:?噪聲問(wèn)題復(fù)雜化的因素?-?源阻抗（I）
[導(dǎo)讀]同學(xué)們,《靜噪基礎(chǔ)課程》本期繼續(xù)開講！上一章介紹的是產(chǎn)生電磁噪聲的機(jī)制本節(jié)為你介紹如何抑制電源電壓波動(dòng)第3?章??噪聲?問(wèn)題復(fù)雜?化?的因素???第1章為什么需要EMI靜噪濾波器第2章產(chǎn)生電磁噪聲的機(jī)制第3章噪聲問(wèn)題復(fù)雜化的因素3-1.簡(jiǎn)介3-2.諧振和阻尼3-3.噪聲的傳導(dǎo)和反...
同學(xué)們,《靜噪基礎(chǔ)課程》本期繼續(xù)開講！
噪 聲 問(wèn) 題 復(fù) 雜 化 的 因 素
第1章 為什么需要EMI靜噪濾波器
為防止噪聲傳導(dǎo)，可如圖3-4-2(a)所示插入一個(gè)電源濾波器。濾波器的效用可按照除電源外其他情形的同樣方式以插損或S參數(shù)來(lái)表示。
圖3-4-2 電源噪聲抑制的兩種視角
一般而言，濾波器防止噪聲傳導(dǎo)的效果與抑制電源電壓波動(dòng)的效果并不不同。其抑制電源電壓波動(dòng)的效果通過(guò)源阻抗來(lái)表示。當(dāng)電源電壓的波動(dòng)傳到外部時(shí)，噪聲將會(huì)如圖3-4-2(a)所示被傳出。盡管這兩種噪聲看似不同，但它們卻相互關(guān)聯(lián)。
本章節(jié)主要針對(duì)數(shù)字電路，介紹電源電壓波動(dòng)和源阻抗。
3-4-1. 電源電壓波動(dòng)
如第2章的章節(jié)2-3所述，在電路運(yùn)行中，數(shù)字電路的電源和接地中會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)釘形的電流。這種電流將噪聲感應(yīng)到電源，使電源電壓發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致電路無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。它也會(huì)更容易引起信號(hào)波形和產(chǎn)生噪聲方面的問(wèn)題。
(2) 電源電壓波動(dòng)的影響
圖3-4-3中的示意圖解釋了當(dāng)噪聲被感應(yīng)到數(shù)字IC電源時(shí)整個(gè)設(shè)備的噪聲產(chǎn)生的影響。IC電源電壓波形如圖中間所示。根據(jù)長(zhǎng)釘形的波形，可以發(fā)現(xiàn)這是數(shù)字電路運(yùn)行中感應(yīng)的噪聲。
圖3-4-3 噪聲反射和衰減
在此，長(zhǎng)釘形的波形被稱為電源電壓的波動(dòng)。這種效應(yīng)會(huì)干擾電路的穩(wěn)定運(yùn)行和增速，或?qū)⒃肼晹U(kuò)散至電源線或信號(hào)線，或使信號(hào)波形失真，如圖中(1)到(4)所示。如果擴(kuò)散至電源線的噪聲由電纜發(fā)射，則會(huì)成為關(guān)乎噪聲規(guī)定的問(wèn)題。
(3) 電源噪聲的頻譜
(4) 源阻抗的頻率特征
為減少電源電壓波動(dòng)，要降低源阻抗。因?yàn)楦鶕?jù)歐姆定律阻抗與電壓存在比例關(guān)系，如果流經(jīng)數(shù)字IC的電流恒定，電壓波動(dòng)就會(huì)減少，因?yàn)樵醋杩挂步档土恕?/span>
圖3-4-5給出了源阻抗測(cè)量結(jié)果的一個(gè)示例。一般而言，電源具有較小的源阻抗更好，這樣能提供較高的電源性能和出色的降噪能力。
圖3-4-5 源阻抗測(cè)量結(jié)果的示例
(5) 源阻抗測(cè)量
3-4-2. 去耦電容器
如圖3-4-6(a)所示，由于連接電源和負(fù)載的線路具有電感和電阻，即使電源在理想情況下運(yùn)行（0Ω），負(fù)載側(cè)還是會(huì)產(chǎn)生一些阻抗。特別是在高頻范圍內(nèi)，線路中的電感是使阻抗升高的主要原因。
為降低高頻范圍內(nèi)的源阻抗，如圖3-4-6(b)所示在電源和地線之間靠近負(fù)載的地方連接一個(gè)電容器。這個(gè)電容器稱為去耦電容器、電源旁通電容器或者旁通電容器等。
去耦電容器作為臨時(shí)儲(chǔ)電器吸收負(fù)載電流的改變，防止電源電壓的波動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生。因?yàn)槠浞胖迷谪?fù)載附近，線路阻抗造成的影響會(huì)減少。從阻抗的角度而言，這種運(yùn)行方式意味著源阻抗降低了。
但是，即使使用了去耦電容器，還是存在一段導(dǎo)線（如圖3-4-6(b)所示），并產(chǎn)生電感。因此，布置電容器時(shí)，應(yīng)使這部分越短越好。
從噪聲抑制的角度來(lái)看，可以認(rèn)為去耦電容器限制了負(fù)載和去耦電容器之間線路部分負(fù)載側(cè)電源產(chǎn)生的高頻電流，從而防止了噪聲傳到電源線更遠(yuǎn)的地方。因此，去耦電容器不僅是穩(wěn)定電路操作而且也是防止噪聲產(chǎn)生的重要元件。為了更有效地防止噪聲傳導(dǎo)，可如圖3-4-2(a)所示增加一個(gè)鐵氧體磁珠，或者也可使用具有出色靜噪性能的電容器，如三端子電容器。
圖3-4-7顯示了針對(duì)圖3-4-4中的測(cè)試電路使用去耦電容器時(shí)電源電壓波動(dòng)發(fā)生的變化。通過(guò)連接電容器，電壓波動(dòng)幅度從0.48V降至0.10V，同時(shí)噪聲發(fā)射降低了10dB。
噪 聲 問(wèn) 題 復(fù) 雜 化 的 因 素
第1章 為什么需要EMI靜噪濾波器
-
3-4-1. 電源電壓波動(dòng)
-
3-4-2. 去耦電容器
-
3-4-3. 環(huán)路阻抗
-
3-4-4. 如何盡量降低環(huán)路阻抗
-
3-4-5. 源阻抗和噪聲抑制之間的不同
-
3-4-6. 在噪聲路徑上采取噪聲措施
-
3-4-7. 噪聲路徑未知時(shí)怎么辦
為防止噪聲傳導(dǎo)，可如圖3-4-2(a)所示插入一個(gè)電源濾波器。濾波器的效用可按照除電源外其他情形的同樣方式以插損或S參數(shù)來(lái)表示。
圖3-4-2 電源噪聲抑制的兩種視角
一般而言，濾波器防止噪聲傳導(dǎo)的效果與抑制電源電壓波動(dòng)的效果并不不同。其抑制電源電壓波動(dòng)的效果通過(guò)源阻抗來(lái)表示。當(dāng)電源電壓的波動(dòng)傳到外部時(shí)，噪聲將會(huì)如圖3-4-2(a)所示被傳出。盡管這兩種噪聲看似不同，但它們卻相互關(guān)聯(lián)。
本章節(jié)主要針對(duì)數(shù)字電路，介紹電源電壓波動(dòng)和源阻抗。
3-4-1. 電源電壓波動(dòng)
如第2章的章節(jié)2-3所述，在電路運(yùn)行中，數(shù)字電路的電源和接地中會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)釘形的電流。這種電流將噪聲感應(yīng)到電源，使電源電壓發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致電路無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。它也會(huì)更容易引起信號(hào)波形和產(chǎn)生噪聲方面的問(wèn)題。
(2) 電源電壓波動(dòng)的影響
圖3-4-3中的示意圖解釋了當(dāng)噪聲被感應(yīng)到數(shù)字IC電源時(shí)整個(gè)設(shè)備的噪聲產(chǎn)生的影響。IC電源電壓波形如圖中間所示。根據(jù)長(zhǎng)釘形的波形，可以發(fā)現(xiàn)這是數(shù)字電路運(yùn)行中感應(yīng)的噪聲。
圖3-4-3 噪聲反射和衰減
在此，長(zhǎng)釘形的波形被稱為電源電壓的波動(dòng)。這種效應(yīng)會(huì)干擾電路的穩(wěn)定運(yùn)行和增速，或?qū)⒃肼晹U(kuò)散至電源線或信號(hào)線，或使信號(hào)波形失真，如圖中(1)到(4)所示。如果擴(kuò)散至電源線的噪聲由電纜發(fā)射，則會(huì)成為關(guān)乎噪聲規(guī)定的問(wèn)題。
(3) 電源噪聲的頻譜
(4) 源阻抗的頻率特征
為減少電源電壓波動(dòng)，要降低源阻抗。因?yàn)楦鶕?jù)歐姆定律阻抗與電壓存在比例關(guān)系，如果流經(jīng)數(shù)字IC的電流恒定，電壓波動(dòng)就會(huì)減少，因?yàn)樵醋杩挂步档土恕?/span>
圖3-4-5給出了源阻抗測(cè)量結(jié)果的一個(gè)示例。一般而言，電源具有較小的源阻抗更好，這樣能提供較高的電源性能和出色的降噪能力。
圖3-4-5 源阻抗測(cè)量結(jié)果的示例
(5) 源阻抗測(cè)量
3-4-2. 去耦電容器
如圖3-4-6(a)所示，由于連接電源和負(fù)載的線路具有電感和電阻，即使電源在理想情況下運(yùn)行（0Ω），負(fù)載側(cè)還是會(huì)產(chǎn)生一些阻抗。特別是在高頻范圍內(nèi)，線路中的電感是使阻抗升高的主要原因。
為降低高頻范圍內(nèi)的源阻抗，如圖3-4-6(b)所示在電源和地線之間靠近負(fù)載的地方連接一個(gè)電容器。這個(gè)電容器稱為去耦電容器、電源旁通電容器或者旁通電容器等。
去耦電容器作為臨時(shí)儲(chǔ)電器吸收負(fù)載電流的改變，防止電源電壓的波動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生。因?yàn)槠浞胖迷谪?fù)載附近，線路阻抗造成的影響會(huì)減少。從阻抗的角度而言，這種運(yùn)行方式意味著源阻抗降低了。
但是，即使使用了去耦電容器，還是存在一段導(dǎo)線（如圖3-4-6(b)所示），并產(chǎn)生電感。因此，布置電容器時(shí)，應(yīng)使這部分越短越好。
從噪聲抑制的角度來(lái)看，可以認(rèn)為去耦電容器限制了負(fù)載和去耦電容器之間線路部分負(fù)載側(cè)電源產(chǎn)生的高頻電流，從而防止了噪聲傳到電源線更遠(yuǎn)的地方。因此，去耦電容器不僅是穩(wěn)定電路操作而且也是防止噪聲產(chǎn)生的重要元件。為了更有效地防止噪聲傳導(dǎo)，可如圖3-4-2(a)所示增加一個(gè)鐵氧體磁珠，或者也可使用具有出色靜噪性能的電容器，如三端子電容器。
圖3-4-7顯示了針對(duì)圖3-4-4中的測(cè)試電路使用去耦電容器時(shí)電源電壓波動(dòng)發(fā)生的變化。通過(guò)連接電容器，電壓波動(dòng)幅度從0.48V降至0.10V，同時(shí)噪聲發(fā)射降低了10dB。
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