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

有哪些因素會(huì)使噪聲問題復(fù)雜化呢？

第 3 章
噪 聲 問 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 噪聲問題復(fù)雜化的因素

3-1.簡介

3-2.諧振和阻尼

• 3-2-1. 并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振

  
  

• 3-2-2. 關(guān)于諧振電路EMC措施的問題

  
  

• 3-2-3. 數(shù)字電路連接至諧振電路時(shí)

  
  

• 3-2-4. 無電感器或電容器的情況下產(chǎn)生諧振的示例

  
  

• 3-2-5. 電阻器及鐵氧體磁珠的阻尼作用

  
  

• 3-2-6. 數(shù)字信號(hào)的阻尼

  
  

3-3.噪聲的傳導(dǎo)和反射

3-4.源阻抗

3-5.小結(jié)

3-2諧振和阻尼

3-2-3. 數(shù)字電路連接至諧振電路時(shí)

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(1) 在諧振頻率處更容易產(chǎn)生噪聲

如前上所述，如果將可以作為天線的導(dǎo)體連接至諧振電路，導(dǎo)體會(huì)接收諧振頻率的高壓，產(chǎn)生很強(qiáng)的發(fā)射，從而導(dǎo)致噪聲。此外，就抗擾度而言，噪聲容易在諧振頻率處被接收。

如果接有天線的諧振電路連接至包含很寬范圍頻率的信號(hào)（如數(shù)字信號(hào)），諧振頻率附近頻率的諧波將具有很強(qiáng)的發(fā)射性。

圖3-2-6和圖3-2-7給出了一些例子: 在上述50MHz串聯(lián)諧振電路連接至10MHz時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，測量脈沖波形和發(fā)射的變化。作為噪聲抑制的示例，圖中也指出了連接有鐵氧體磁珠時(shí)的波形和發(fā)射。

圖3-2-6 諧振電路和天線連接至數(shù)字信號(hào)的測試電路

圖3-2-7 諧振電路和天線連接至數(shù)字信號(hào)時(shí)的噪聲發(fā)射

(2) 數(shù)字信號(hào)連接至諧振電路時(shí)

圖3-2-6提供了測試電路及電壓波形的測量結(jié)果。作為噪聲源的數(shù)字IC中使用了74AC00。IC的輸出端連接至諧振頻率為50MHz的串聯(lián)諧振電路。觀察到的波形表明10MHz數(shù)字脈沖中存在強(qiáng)烈的振鈴，使脈沖波形嚴(yán)重失真。這是因?yàn)?，?0MHz信號(hào)所包含的諧波中，僅提取了第5次諧波（50MHz）。（觀察到振鈴頻率為50MHz）

(3) 使用鐵氧體磁珠的阻尼

后面將會(huì)介紹阻尼電阻器和鐵氧體磁珠能有效抑制這類諧振。圖3-2-6展示了連接有鐵氧體磁珠時(shí)的波形。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，諧振已經(jīng)得到抑制，信號(hào)也恢復(fù)到原來的脈沖波形。

(4) 通過噪聲發(fā)射確認(rèn)諧振

圖3-2-7顯示了噪聲發(fā)射的結(jié)果。磁場強(qiáng)度是通過“3米法”測量的。為便于參照，圖中也提供了無天線情況下的測量結(jié)果，而且已經(jīng)證實(shí)了在僅包括數(shù)字IC和諧振電路時(shí)，幾乎沒有噪聲發(fā)射。圖中下部的曲線表示頻譜分析儀的黑色噪聲電平。

(5) LC諧振和天線諧振

圖3-2-7(a)指出了用15cm導(dǎo)線作為天線連接諧振電路來發(fā)射噪聲的情形。在LC諧振電路的諧振頻率50MHz處觀察到強(qiáng)烈的發(fā)射。除了此頻率外，還在500MHz處觀察到了噪聲。在該頻率處，作為天線連接的15cm導(dǎo)線作為1/4波長天線工作。因此，除了圖3-2-7(a)中的LC諧振，還可能觀察到天線的諧振效應(yīng)。天線的諧振將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行講述。

圖3-2-7(b)顯示了連接鐵氧體磁珠時(shí)的測量結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn)噪聲發(fā)射得到了有效抑制。

3-2-4. 無電感器或電容器的情況下產(chǎn)生諧振的示例

(1) 數(shù)字信號(hào)線建立的諧振電路

為了進(jìn)行測量并著重考察圖3-2-6和圖3-2-7中的諧振效應(yīng)，試驗(yàn)中使用了電容器和電感器建立LC諧振電路。但是，在實(shí)際電路中，沒有這些元件也會(huì)產(chǎn)生諧振。

例如，在如圖3-2-8所示的數(shù)字信號(hào)線路中，驅(qū)動(dòng)器和接收器之間連接的導(dǎo)線存在電感。此外，接收信號(hào)的接收器的輸入端存在靜電容量?？梢哉J(rèn)為章節(jié)2-4-7所述數(shù)字電路通過這些因素構(gòu)成了一個(gè)諧振電路。

圖3-2-8 數(shù)字信號(hào)線路構(gòu)建的諧振電路模型

(2) 隨著諧振頻率降低問題變得明顯

當(dāng)數(shù)字信號(hào)線路非常短時(shí)，這些因素導(dǎo)致的諧振頻率會(huì)變得非常高（100MHz以上），因此其影響可以忽略。但是，如果使用的是雙面板，或通過延長線路增強(qiáng)電感，或通過連接多個(gè)接收器增加靜電容量，較低諧振頻率產(chǎn)生的影響（脈沖波形失真或噪聲發(fā)射增強(qiáng)等）將不可忽略。

為應(yīng)對(duì)上述情形，可為信號(hào)輸出元件提供連接盤，便于使用諸如鐵氧體磁珠的諧振抑制元件，從而能夠按照章節(jié)3-2-6所述輕松實(shí)施噪聲抑制措施。

(3) 電源電纜和印刷電路板可能是產(chǎn)生諧振的原因

除了數(shù)字信號(hào)外，各種構(gòu)成電路的因素都可作為電路圖中未提及的電容器或電感器運(yùn)作，并導(dǎo)致諧振。所以需要注意這樣的情況。圖3-2-9提供了一個(gè)示例。

圖3-2-9 諧振示例

3-2.諧振和阻尼 - 重點(diǎn)內(nèi)容

√ 諧振可以是串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。

√ 串聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處降到最低值（理論上為零）。

√ 并聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處升到超高值（理論上為無窮大）。

√ 在諧振頻率處，由于電壓和電流極大，容易產(chǎn)生噪聲問題。

√ 阻尼電阻器及鐵氧體磁珠可用于抑制諧振。

附：第三章參考文獻(xiàn)及下載

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裝の高速?高周波対策，井上博文，日刊工業(yè)新聞社 2009

   
   

5. 數(shù)字IC電源靜噪和去耦應(yīng)用手冊 (點(diǎn)擊下載PDF: 3.5MB) ，Murata Manufacturing Co., Ltd. Catalog C39C, 2010

   
   

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