理解電磁兼容EMC的兩個(gè)重要概念
（1）所有電流在環(huán)路中流動(dòng);
（2）高頻信號在傳輸線(xiàn)中作為電磁波傳播，并且場(chǎng)能量穿過(guò)電介質(zhì)。

      這兩個(gè)概念是相關(guān)的，因為它們是交織在一起的，數字信號產(chǎn)生傳播場(chǎng)，其引起對流電流在銅跡線(xiàn)/平面中流動(dòng)，這兩個(gè)概念密切相關(guān)并相互耦合。我們電路設計人員錯過(guò)的問(wèn)題是將返回路徑定義為源。如果你考慮一下，我們甚至不會(huì )在原理圖上繪制這些返回路徑 - 只是將它顯示為一系列不同的“地面”符號。

什么是“高頻率”？
      頻率高于50到100 kHz的任何東西，對于小于此的頻率，返回電流將傾向于沿著(zhù)短路徑返回到源（阻力小的路徑）。對于高于此值的頻率，返回電流趨向于直接跟隨信號走線(xiàn)并返回到源（阻抗小的路徑）。

      當某些電路板設計出現問(wèn)題時(shí)，高dV / dt返回信號，例如低頻DCDC開(kāi)關(guān)模式轉換器或高di / dt返回信號，會(huì )產(chǎn)生I / O電路返回電流或敏感的模擬返回電流。我們將在下一篇文章中討論PC板設計。請注意設計定義的信號和電源返回路徑的重要性。這就是為什么在高頻信號下使用固態(tài)返回平面，然后在電路板上隔離數字，電源和模擬電路（保持它們分離）非常重要的原因。

信號如何移動(dòng)
     在大于DC的頻率下，數字信號開(kāi)始作為傳輸線(xiàn)中的電磁波傳播，如圖1所示，高頻信號沿著(zhù)微帶傳輸線(xiàn)（例如，返回平面上的電路跡線(xiàn)）傳播，并且波前在銅跡線(xiàn)中引起傳導電流并沿返回平面返回。當然，這種傳導電流不能流過(guò)PC板電介質(zhì)，但是波前的電荷在返回平面上排斥相同的電荷，“看起來(lái)”好像電流正在流動(dòng)。這與電容器的原理相同，Maxwell稱(chēng)這種效應為“位移電流”。

      信號的波前沿光速的某一部分傳播，由材料的介電常數決定，而傳導電流則由以約1厘米/秒的速度移動(dòng)的高密度自由電子組成。近光速傳播的實(shí)際物理機制是由于電場(chǎng)中的“扭結”，其沿著(zhù)銅分子傳播。

圖1 - 沿微帶傳播的數字信號，顯示電流。

      重要的是，傳導和位移電流的這種組合必須具有回到源的不間斷路徑。如果它以任何方式中斷，傳播的電磁波將在PC板介電層內部“泄漏”并導致電磁耦合和“共?！彪娏餍纬?，然后耦合到其他信號（交叉耦合）或者“天線(xiàn)狀結構”，例如I / O電纜或屏蔽外殼中的插槽/孔。

      我們大多數人都被教導了“電路理論”的觀(guān)點(diǎn)，當我們想象返回電流如何回流到源時(shí)，這一點(diǎn)很重要。信號的能量不僅是電流，而是電磁波前沿電介質(zhì)移動(dòng)，或者是“場(chǎng)論”的觀(guān)點(diǎn)。牢記這兩個(gè)概念只會(huì )強調設計傳輸線(xiàn)（具有直接相鄰的返回路徑的電源和信號走線(xiàn)）的重要性，而不僅僅是簡(jiǎn)單的電路走線(xiàn)路由。

      值得注意的是，所有配電網(wǎng)絡(luò )（PDN）和高頻信號走線(xiàn)都是傳輸線(xiàn)，并且能量在普通FR4型電路板電介質(zhì)中以大約一半光速的電磁波傳輸。我們將展示當下一篇文章中的返回路徑或返回平面被間隙中斷時(shí)會(huì )發(fā)生什么。

參考圖2，差模電流（藍色）是數字信號本身（在這種情況下，以帶狀電纜示出）。如上所述，當信號波前沿著(zhù)由微帶和返回平面形成的傳輸線(xiàn)移動(dòng)時(shí)，傳導電流和相關(guān)的返回電流同時(shí)流動(dòng)。

      共模電流（紅色）稍微復雜一點(diǎn)，因為它可以以多種方式產(chǎn)生。在該圖中，由于IC的多個(gè)同時(shí)開(kāi)關(guān)噪聲（SSN），返回平面的阻抗導致小的電壓降。這些電壓降引起共同的噪聲電流在整個(gè)返回（或參考）平面上流動(dòng)，因此耦合到各種信號跡線(xiàn)中。

圖2 - 差模和共模電流的示例。

      除了SSN之外，還可以通過(guò)返回平面中的間隙，端接不良的電纜屏蔽或不平衡的傳輸線(xiàn)幾何形狀來(lái)產(chǎn)生共模電流。問(wèn)題是這些諧波電流往往會(huì )沿著(zhù)屏蔽I / O或電源線(xiàn)的外部逸出并輻射。這些電流可以非常小，大約為μA。只需5到8μA的電流即可通過(guò)FCC B類(lèi)測試限值。

摘要
      總結符合EMI標準的產(chǎn)品設計，正確設計的PC板，帶有相鄰的所有信號和PDN返回平面，正確連接的I / O電纜屏蔽層，帶有小插槽或間隙的良好連接的屏蔽外殼，以及所有I / O上的共模濾波通常需要用于非屏蔽產(chǎn)品的電源電纜以獲得佳EMI性能。在設計早期關(guān)注這些因素可以大大降低EMC和EMI合規性故障的風(fēng)險。

文章有HQTS檢測整理發(fā)布，HQTS檢測是國內專(zhuān)業(yè)的第三方檢測機構，主要產(chǎn)品有 EMC認證、FCC認證、無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品認證等，詳情咨詢(xún) 400 888 1563

閱讀本文的人還閱讀了