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

3-3.噪声的传导和反射

• 3-3-1. 数字信号对脉冲波形的影响

• 3-3-2. 特性阻抗和反射

• 3-3-3. 数字电路阻抗匹配

• 3-3-4. 驻波

• 3-3-5. 阻抗因传输线路而变化

• 3-3-6. 多重反射导致的谐振

• 3-3-7. 数字信号的终止

• 3-3-8. 对EMC措施的影响

• 3-3-9. 如何防止噪声传导

• 3-3-10. S参数

3-4.源阻抗

3-5.小结

3-3-7. 数字信号的终止

‍‍‍‍‍‍‍‍‍(1) 较长导线也需要针对数字信号进行终端匹配

前已述及，当传输线路的特性阻抗等于负载阻抗时，所有能量将会传输到负载而不会发生反射。这种状况被称为“匹配”。例如，图3-3-11(a)和图3-3-12(a)在信号线的末端连接了一个50Ω的电阻器，以便能够与特性阻抗(50Ω)匹配。

在这种情况下，电场（电压）和磁场（电流）是一致的，不会观察到任何驻波。

图3-3-18 阻抗匹配

如果是数字信号，当C-MOS IC相互连接时，信号线两端通常都会造成反射。但是，如果导线较短，谐振频率就会非常高，不会导致任何实质性的问题。如果导线变长，谐振频率会降低，变得具有影响力，因而可能需要匹配。如图3-3-19所示，可在驱动器侧或接收器侧进行阻抗匹配。

图3-3-19 数字电路的阻抗匹配

(2) 驱动器侧终端匹配

在驱动器侧图3-3-19(a)进行匹配时，将一个电阻器或铁氧体磁珠串联连接到信号线。这类似于电路的阻尼电阻器。特有的区别在于如何选择电阻值。

选择的电阻值要能补足驱动器侧输出电阻和特性阻抗之差。这时，接收器侧仍会造成反射，导致信号线上存在驻波，使导线中部的波形失真。因此，这适用于导线中部未连接任何电路的一对一信号传输。

(3) 接收器侧终端匹配

在接收器侧图3-3-19(b)进行匹配时，如图所示将电阻值等于特性电阻的电阻器连接到地线或电源。在这种情况下，不会导致任何驻波，因此，即使是从导线中部提取信号，也能获得规整的脉冲波形。

但是，由于电流流入负载电阻器，这种匹配也存在一些劣势，如降低信号振幅，导致功率损耗。为了在静止的状态下减少功率损耗，可以加入电容器与电阻器串联。

3-3-8. 对EMC措施的影响

尽管就产生驻波和谐振对传输数字信号而言是不利的现象，但它们是研究噪声传导和制定应对措施时需要考虑的重要特性。当物体噪声频率升高时，需要基于噪声传导路径会像传输线一样（产生驻波）的假设采取相应措施和EMC措施。

关于主要影响的示例将在下面讲述。

(1) 电压和电流随测量点变化

当针对EMC措施使用探针寻找噪声源时，即使在同一根导线上，但一个部分的噪声比较大，而其他部分的噪音比较小。此外，就电压和电流（磁场）而言，产生较大噪声的位置不相同。因此，如果噪声抑制前后的测量点不同，就无法正确评估产生的影响。

图3-3-20显示了频谱的变化，以此作为使用如图3-3-10所示测量系统移动测量点时导致变化的一个示例。

图3-3-20 各点频谱变化的示例

当探针移动几厘米时，可以发现频谱的形状和电平出现变化。如果要找出噪声大的位置，就需要牢记这种变化，并在诸多点上进行测量，以确定噪声强度。

(2) 阻抗和EMC措施相关元件的作用随位置而变化

当产生驻波时，电压波腹（电流波节）处的阻抗高，而电压波节（电流波腹）处的阻抗低。阻抗的高低影响着该位置所连接EMC措施相关元件的效果。（但是，驻波的形状随频率而变化。因此，当连接一个EMC措施相关元件时，不能一概断定其对所有频率位置而言是有利或不利。）

例如，图3-3-21给出了图3-3-11中电流驻波随频率发生的变化。电流大的地方阻抗小（偏红），电流小的地方阻抗大（偏蓝）。可以发现这些位置根据频率发生变化。

图3-3-21 不同频率处驻波变化的示例

一般而言，旁路电容器在阻抗降至超小值（电流波腹）的位置处具有较小的影响。图3-3-9用箭头了指出了这样的位置。如果在此位置处放置一个元件，其对频率的影响会减弱，因而需要另外使用铁氧体磁珠等。（可以移动此位置。但可能会在另一个频率处出现问题。）

相反，铁氧体磁珠在阻抗局部超高点可能影响更弱。

就降噪效果而言，结合了电容器和铁氧体磁珠的LC滤波器可能相对不那么容易受到阻抗波动的影响。

(3) 谐振频率随导线长度而变化

由于使传输线发生谐振的频率会产生很大的电压和电流，因此可能会导致很强的噪声发射。此频率随导线长度而变化。因此，如果像图中所示那样因重新布置IC而改变导线长度，则可能在意想不到的频率处使噪声增大。这类问题难以预测，因为电路图通常不会指明导线长度。

除了信号线之外，电源模式、电缆和屏蔽表面也可能形成传输线并导致谐振。这类谐振器就像完好的天线一样，会发射噪声。

图3-3-22 导线长度变化导致谐振改变

(4) 电缆或屏蔽板会产生驻波，成为状态完好的天线

就电缆连接至电子设备或者设备中使用金属板作为天线的机制而言，这样的导体可以被视为像传输线一样产生谐振。（但是，天线的特性阻抗一般不是恒定的。）

例如，如图3-3-23所示，当电子设备连接至有开放端的电缆时，电缆可以被视为有开口端的传输线路。在这种情况下，电缆产生的驻波在端部的电流为零（如图所示）。因此，基部的阻抗降低，电流在端部不连接任何元件的情况下流动。在电缆长度等于四分之一波长奇数倍的频率处，会产生谐振，因而也可能发射噪声。

这时，基部的阻抗较小，因此，噪声可能会由增加阻抗的元件（如铁氧体磁心）所控制。

图3-3-23 带开放端的电缆上产生电流

图3-3-24 金属板连接到地线，金属板端作为天线

如上所述，在（较高）频率范围内，其中电子设备所使用导体的大小超过四分之一波长（例如10cm时使用750MHz），导体可能作为天线。如果物体噪声的频率很高，则需要注意物体尺寸与波长之间的关系。