電磁屏蔽的通用特征——噪聲屏蔽

1、信號(hào)傳輸理論的概念及噪聲傳導(dǎo)和反射【導(dǎo)讀】噪聲傳導(dǎo)藉由導(dǎo)體傳導(dǎo)性和空間傳導(dǎo)性產(chǎn)生。在解釋導(dǎo)體傳導(dǎo)性的本質(zhì)時(shí)，可能會(huì)運(yùn)用傳輸理論概念。為便于理解以下內(nèi)容，我們將用一種簡(jiǎn)化的方法解釋EMC中用到的傳輸理論概念。在傳輸理論中，導(dǎo)體被視為傳輸線路，電能在傳輸線上以波的形式傳導(dǎo)，并在末端發(fā)生反射。無(wú)論傳導(dǎo)的能量是信號(hào)還是噪聲，都同樣是以波的形式傳導(dǎo)的。因此，本章節(jié)首先針對(duì)信號(hào)先解釋了傳輸理論的概念，進(jìn)而講述噪聲的傳導(dǎo)。1. 數(shù)字信號(hào)對(duì)脈沖波形的影響(1) 反射導(dǎo)致諧振當(dāng)數(shù)字信號(hào)與10cm或更長(zhǎng)的導(dǎo)線相連時(shí)，可能導(dǎo)致如圖1所示的振鈴現(xiàn)象。如上一章節(jié)所述，由于線路中存在電感和靜電容量，這可以解釋為諧 振。但

2、是，根據(jù)傳輸理論，由于導(dǎo)線兩端信號(hào)波發(fā)生如圖2所示的反射，也可以認(rèn)為導(dǎo)線本身作為一種諧振器，讓特定頻率成分變得非常明顯。這樣一來(lái)， 傳輸理論就從電波傳導(dǎo)和反射的角度解釋了這種現(xiàn)象。運(yùn)用傳輸理論可以預(yù)測(cè)，在振鈴的振蕩頻率處以及更高頻率范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)頻譜（圖中460MHz和860MHz）增加的現(xiàn)象（如圖1(c)所示）。(2) 反射會(huì)干擾信號(hào)波形的傳輸如果發(fā)生反射或諧振，脈沖波形無(wú)法正確傳輸。為正確傳輸信號(hào)波形，需要抑制導(dǎo)線兩端的反射。利用傳輸理論，可以提出一種抑制反射的設(shè)計(jì)，并預(yù)測(cè)反射導(dǎo)致的波形變化。圖1 數(shù)字信號(hào)中振鈴的示例圖2 數(shù)字信號(hào)中產(chǎn)生振鈴的機(jī)制2. 特性阻抗和反射(1) 阻抗匹配為抑制導(dǎo)

3、線兩端的反射，需要執(zhí)行“阻抗匹配”?！捌ヅ洹币辉~指的是匹配導(dǎo)線的“特性阻抗”與連接至導(dǎo)線端的電路的“阻抗”。(2) 特性阻抗如圖3中信號(hào)線路所示傳導(dǎo)電波的導(dǎo)體被稱為信號(hào)線路。通過(guò)傳輸線路傳輸電時(shí)，電力和電流之間的比率恒定。這一比率就稱為特性阻抗。特性阻抗由每單位導(dǎo)線長(zhǎng)度的電感和靜電容量決定（如圖3所示），是無(wú)損傳輸線路的純電阻。大家提到同軸電纜時(shí)說(shuō)50或75，就是指的特性阻抗。如果本課程中沒(méi)有另作規(guī)定，我們則認(rèn)為傳輸線路處于理想狀態(tài)而且沒(méi)有任何電阻損耗，以便簡(jiǎn)化理論和表述。這也適用于后面的章節(jié)。（如果存在損耗，特性阻抗就不是純電阻，會(huì)使整個(gè)概念更加復(fù)雜。）圖3 信號(hào)線的分布式恒定線路模型(3)

4、 負(fù)載、終端、終端匹配如圖4(b)所示，當(dāng)連接至導(dǎo)線端（以下稱為終端）的電路阻抗（以下稱為負(fù)載）與特性阻抗相等時(shí)，全部電能將被傳輸?shù)截?fù)載，而不會(huì)發(fā)生任何反射。信號(hào)波形也被正確傳輸。在這種情況下，可以說(shuō)此導(dǎo)線的終端是終端匹配的。(4) 匹配能傳輸全部能量如果導(dǎo)線端連接至另一個(gè)電路而不是負(fù)載，則電路的輸入阻抗會(huì)被視為負(fù)載阻抗，以考慮阻抗匹配。當(dāng)電路的輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗相同時(shí)，可以傳輸全部能量。在這種情況下，可以說(shuō)這兩個(gè)電路相互匹配。在噪聲抑制中，能量傳輸并不總是好事。在噪聲傳輸路徑與噪聲源或天線相互連接之處，形成較差的阻抗匹配更有利，這樣才不會(huì)傳輸噪聲能量。(5) 反射波如果負(fù)載阻抗不同于

5、特性阻抗，信號(hào)能量會(huì)被部分反射，并通過(guò)傳輸線路逆流，如圖4(c)所示。這種波被稱為“反射波”，反射的大小以“反射系數(shù)”表示。如果發(fā)生反射，則會(huì)在終端處觀察到加入了輸入波和反射波的波形。(6) 數(shù)字信號(hào)中包含的反射波圖5提供了數(shù)字信號(hào)與傳輸線路和負(fù)載相連時(shí)所產(chǎn)生波形的一個(gè)示例。如圖5(a)所示，一根28cm長(zhǎng)的導(dǎo)線（特性阻抗為50）傳輸33MHz時(shí)鐘脈沖發(fā)生器信號(hào)。圖5(b)給出了所連接負(fù)載具有與導(dǎo)線特性阻抗相同阻抗時(shí)的情形。脈沖波形被正確傳輸。（因?yàn)闀r(shí)鐘脈沖發(fā)生器的輸出電阻大，上升時(shí)間約為2ns。）(7) 通過(guò)增加行波和反射波形成數(shù)字信號(hào)圖5(c)給出了連接數(shù)字IC時(shí)的情形。信號(hào)振幅增加，同時(shí)

6、可以觀察到一些過(guò)沖和下沖。觀察到的波形是由終端處產(chǎn)生的反射波和原信號(hào)右向行 波相重疊產(chǎn)生的。這就意味著終端處產(chǎn)生了具有與原信號(hào)相同跡象的反射波（圖4(c)），因此信號(hào)振幅看起來(lái)比原信號(hào)更大（圖5(b)）。與此相反，還存在另一種情形: 反射波的跡象與原信號(hào)相對(duì)，使信號(hào)振幅比原信號(hào)小。表示反射波的這種跡象（更準(zhǔn)確的說(shuō)是相位）和大小的系數(shù)是反射系數(shù)。圖4 信號(hào)反射和匹配圖5 發(fā)生反射時(shí)數(shù)字信號(hào)波形的示例(8) 反射系數(shù)是矢量反射系數(shù)是一個(gè)矢量，其大小為，相位角度為，可在復(fù)雜平面上標(biāo)繪在半徑為1的圓內(nèi)（如圖4(c)）。因此，的取值范圍為0到1。=1表示全反射，而=0表示無(wú)反射。通常而言，該值隨頻率而變

7、化。隨著特性阻抗和負(fù)載阻抗之差變大，反射會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，因此，值增加（更接近圓的邊緣）。如果是完全反射，等于1，標(biāo)注在圓周上。(9) 反射系數(shù)位于圓心意味著“匹配中”在未發(fā)生反射時(shí)（匹配中時(shí)），反射系數(shù)被標(biāo)繪在圓心處。按照前述方法通過(guò)圓內(nèi)的位置來(lái)表示反射系數(shù)，會(huì)有助于從直觀上理解反射的狀態(tài)。史密斯圓圖就采用了這種方法。另一方面，也可以根據(jù)特征阻抗和反射系數(shù)計(jì)算負(fù)載阻抗。反射系數(shù)的概念也會(huì)用于后面講述的S參數(shù)。S參數(shù)是非常重要的概念，因?yàn)樗鼈儚V泛用于高頻波（并不局限于噪聲）的電子測(cè)量。3. 數(shù)字電路阻抗匹配(1) 數(shù)字信號(hào)特性阻抗數(shù)字信號(hào)所使用信號(hào)線的特征阻抗有多大？如圖6所示，在以電源層和接地層為

8、內(nèi)層的4層電路板的表面有一根信號(hào)線，此信號(hào)線可以作為微帶線（以下稱為MSL）來(lái)處理，其中信號(hào)線的特性阻抗約為50到150。（如果有電源線，特性阻抗值可能更小。）(2) 很多數(shù)字電路都未實(shí)現(xiàn)阻抗匹配與此相反，數(shù)字IC的輸入阻抗通常一個(gè)幾pF的電容，在頻率為100MHz及以下時(shí)，會(huì)變成100以上的高阻抗。因此，如圖7所示，數(shù)字電路的設(shè)計(jì)基本上會(huì)產(chǎn)生非常高的反射，從而導(dǎo)致在接收器處反射大部分信號(hào)能。此外，數(shù)字IC驅(qū)動(dòng)器側(cè)的輸出阻抗也會(huì)變化。因此，阻抗匹配并非總是在驅(qū)動(dòng)器側(cè)完成，而且也可能導(dǎo)致反射。所以，數(shù)字信號(hào)一般會(huì)在信號(hào)線兩端造成反射（如圖2所示），而且會(huì)在造成多重反射一定程度時(shí)被傳輸。圖6 信號(hào)

9、線的特性阻抗圖7 數(shù)字信號(hào)線的阻抗匹配狀態(tài)(3) 駐波指示匹配狀態(tài)盡管為了便于解釋在圖4中分別描述了輸入波和反射波，但在正常測(cè)量中很難單獨(dú)觀察這兩種波形（因?yàn)槭静ㄧR只會(huì)顯示復(fù)合波形）。因此，可以按照后面的講述，通過(guò)觀察駐波來(lái)確定反射狀態(tài)。如果因驅(qū)動(dòng)器側(cè)和接收器側(cè)的反射而產(chǎn)生多重反射，傳輸線會(huì)形成一種諧振器，使某個(gè)特定的頻率變得特別明顯。從正確傳輸數(shù)字信號(hào)波形（即“信號(hào)完整性”）的 角度而言，傳輸線產(chǎn)生的諧振并不可取，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致振鈴。此外，從EMC的角度來(lái)看，這也是不可取的，因?yàn)樗鼤?huì)在諧振頻率處增加噪聲。為抑制傳輸線產(chǎn)生的 諧振，導(dǎo)線的兩端或者一端應(yīng)該靠近匹配狀態(tài)，以便吸收反射。4. 駐波(1

10、) 電壓和電流隨測(cè)量點(diǎn)變化在一定頻率處測(cè)量信號(hào)線上的噪聲時(shí)，如果終端處產(chǎn)生反射，就會(huì)觀察到如圖8所示的駐波。在這種現(xiàn)象中，您會(huì)發(fā)現(xiàn)由于“入射波”（原信號(hào)）和反射波之間發(fā)生干擾，不同位置的信號(hào)長(zhǎng)度會(huì)有所不同。這種駐波是傳輸線路復(fù)雜狀況的根本原因，這將在后面進(jìn)行描述。如圖9所示，駐波較強(qiáng)處稱為“波腹”，而較弱處稱為“波節(jié)”。波腹和波節(jié)的位置隨頻率而有所不同。就其本質(zhì)而言，電壓的波腹位置會(huì)成為電流的波節(jié)，而電壓的波節(jié)位置會(huì)成為電流的波腹。圖8 駐波圖9 電壓駐波和電流駐波(2) 觀察數(shù)字信號(hào)中包含的駐波圖10到12提供了觀察如圖5所示數(shù)字信號(hào)波形的駐波的示例。在此，28cm長(zhǎng)的信號(hào)線連接至33MHz

11、時(shí)鐘脈沖信號(hào)，以 便觀察信號(hào)線周圍的磁場(chǎng)和電場(chǎng)。磁場(chǎng)和電場(chǎng)分別對(duì)應(yīng)電流和電壓。觀察的頻率為490MHz（33MHz時(shí)鐘脈沖頻率的第15次諧波），測(cè)量間隔為5mm。在各圖中，(a)的信號(hào)線右端有一個(gè)50電阻器，以便近似得到阻抗匹配的狀態(tài)，而(b)中有數(shù)字IC輸入終端。(3) 電流駐波圖11給出了磁場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。盡管(a)（有阻抗匹配的終端）顯示傳輸線上具有恒定的磁場(chǎng)，(b)卻指出了不同位置處的強(qiáng)磁場(chǎng)（紅色）和弱磁場(chǎng)（藍(lán)色）。這就意味著紅色部分具有較大的電流。這被稱為駐波，其中較高反射系數(shù)會(huì)導(dǎo)致最大值和最小值之差更大。(4) 電壓駐波圖12給出了電場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。與電流的情形一樣，(b)中使用數(shù)字I

12、C作為負(fù)載，指示了不同位置處的變化。對(duì)比圖11和圖12會(huì)發(fā)現(xiàn)，就產(chǎn)生較強(qiáng)噪聲的位置而言，電壓和電流的情況正好相反（如圖9所示）。如果產(chǎn)生了駐波，噪聲電平可能會(huì)隨不同位置而變化。因此，不能只通過(guò)某個(gè)位置測(cè)得的單個(gè)結(jié)果確定噪聲強(qiáng)度。圖10 駐波的測(cè)量范圍圖11 磁場(chǎng)（電流）的測(cè)量結(jié)果圖12 電場(chǎng)（電壓）的測(cè)量結(jié)果(5) VSWR圖12所示電壓駐波的波腹（最高點(diǎn)）和波節(jié)（最低點(diǎn)）之比率稱為VSWR（電壓駐波比率），它是表示反射程度的指數(shù)。對(duì)于電壓和電流而 言，VSWR趨于一致。如果沒(méi)有駐波，VSWR為1。反射越強(qiáng)，VSWR的值越大。根據(jù)圖中的測(cè)量結(jié)果，(b)中觀察到了駐波，指示VSWR約為4。(6)

13、 駐波周期為二分之一波長(zhǎng)駐波一個(gè)周期（波節(jié)到波節(jié)）的長(zhǎng)度為頻率的二分之一波長(zhǎng)。因?yàn)楹竺鎸⒁v述的阻抗變化和傳輸線諧振是以此駐波為基礎(chǔ)的，它們可能在使傳輸線長(zhǎng)度為二分之一波長(zhǎng)整數(shù)倍的每個(gè)頻率處反復(fù)出現(xiàn)。圖11和圖12(b)的示例表明駐波的一個(gè)周期約為200mm，這說(shuō)明傳輸線上的一個(gè)波長(zhǎng)為400mm。在真空條件下測(cè)量的490MHz 處的波長(zhǎng)約為600mm，這表明在該傳輸線上波長(zhǎng)縮短至三分之二。這個(gè)縮短比率會(huì)隨著基板的相對(duì)介電常數(shù)而變化，介電常數(shù)越大，波長(zhǎng)就會(huì)越短（這意味著電 波在基板上減緩）。5. 阻抗因傳輸線路而變化(1) 什么讓阻抗出現(xiàn)變化？從傳輸線的角度而言，信號(hào)線的另一個(gè)重要特性在于通過(guò)信

14、號(hào)線的負(fù)載阻抗與阻抗本身完全不同。例如，在連接至圖1所示20cm長(zhǎng)信號(hào)線的數(shù)字IC的輸出終端，阻抗是多少？為找出答案，連接一個(gè)電阻器（10: 紫色，1000: 藍(lán)色）、一個(gè)電容器（5pF: 綠色）和一個(gè)電感器（50nH: 紅色）作為負(fù)載（如圖13所示），并測(cè)量阻抗。如果數(shù)字IC如圖1所示連接到終端端口，阻抗可能接近于電容器（5pF）的阻抗。圖14指出了計(jì)算模型。(a)表示不考慮信號(hào)線的情形，而(b)顯示通過(guò)傳輸線路測(cè)量的情形。此外，(c)給出了按照第3章的章節(jié)3-2所述以線路模擬單級(jí)LC電路的情形，僅供您參考。計(jì)算結(jié)果如圖15所示。情形(a)（未考慮信號(hào)線）指出不考慮電阻器情況下的恒定值。電感

15、器和電容器分別顯示出與頻率成正比/反比的阻抗。(2) 阻抗因傳輸線路而振蕩相反，情形(b)（考慮傳輸線路）在10MHz頻率以上比(a)中的差異大，在100MHz頻率以上表現(xiàn)出復(fù)雜的波動(dòng)情況。仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，阻抗似乎以信號(hào)線的特性阻抗（該示例中為123）為中心，在其附近振蕩。如上所述，縱觀整條傳輸線路，阻抗在高頻范圍內(nèi)似乎存在顯著差異。盡管圖15僅顯示了阻抗的振幅，但其相位也發(fā)生了變化。因此，根據(jù)不同頻率，電 感器可能類似于電容器，而電容器可能類似于電感器。（在某些情況下，利用這樣的特性，傳輸線路可以用作阻抗變換器或者用于阻抗匹配。）圖13 從數(shù)字電路輸出終端觀察到的阻抗圖14 計(jì)算模型圖15

16、 阻抗對(duì)比(3) 入射波和反射波之間的相位差導(dǎo)致阻抗變化在圖15(b)的計(jì)算結(jié)果中，連接5pF電容器的情形（綠線）表現(xiàn)出的特征相對(duì)接近使用數(shù)字電路作為負(fù)載的情形。計(jì)算結(jié)果表明100MHz 到200MHz之間存在局部最大阻抗。在200MHz以上頻率范圍內(nèi)，阻抗交替出現(xiàn)局部最高點(diǎn)和局部最低點(diǎn)，呈現(xiàn)出周期變化。阻抗的局部最低點(diǎn)和下一個(gè)局 部最低點(diǎn)之間的頻率間隔等于使導(dǎo)線長(zhǎng)度為二分之一波長(zhǎng)的頻率。如上所述，傳輸線的態(tài)勢(shì)與導(dǎo)線長(zhǎng)度和波長(zhǎng)之間的關(guān)系有著密切的關(guān)聯(lián)。(4) 注意導(dǎo)致局部最小阻抗的頻率處的噪聲因?yàn)閷?dǎo)致局部最小阻抗的頻率容許很大的電流，所以需要特別注意EMC措施。脈沖波形可能導(dǎo)致振鈴或者可能發(fā)射

17、很強(qiáng)的噪聲。6. 多重反射導(dǎo)致的諧振(1) 傳輸線路變成諧振器如果像在數(shù)字信號(hào)中所描述那樣，導(dǎo)線兩端都發(fā)生反射，則會(huì)存在一個(gè)特定頻率，使波形完全符合下一個(gè)周期的信號(hào)（如圖16所示），同時(shí)反射波 在導(dǎo)線來(lái)回一圈。在此頻率處，傳輸線路可能作為一種諧振器，并導(dǎo)致非常大的電壓或電流。此時(shí)需要注意，因?yàn)樗赡苁箶?shù)字信號(hào)遭受振鈴或者在特定頻率處導(dǎo)致 很強(qiáng)的噪聲。(2) 通過(guò)駐波觀察諧振圖17采用了圖14(b)中假定的20cm長(zhǎng)信號(hào)線的情形，并疊加了以下幾種情況下各頻率處駐波的計(jì)算結(jié)果: (a)兩端均終端匹配（無(wú)反射波），(b)只有終端發(fā)生反射，(c)兩端均發(fā)生反射（多重反射）。在情形(a)下信號(hào)輸出已經(jīng)調(diào)

18、整至1V(120dBµV)。當(dāng)沒(méi)有發(fā)生任何反射時(shí)，所有頻率范圍內(nèi)和所有位置上的電壓都恒定（120dBµV）。信號(hào)在終端匹配的情況下正確進(jìn)行傳輸。(3) 只有一端發(fā)生反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生駐波情形(b)將負(fù)載阻抗設(shè)定為1M（幾乎是開(kāi)放和完全反射）。在這種情況下，可以觀察到駐波，且電壓隨頻率和位置而變化。這種狀態(tài)可以認(rèn)為是接近圖11和圖12中測(cè)量的狀態(tài)。如果只有一端發(fā)生反射，無(wú)論反射有多強(qiáng)烈，最大值都不會(huì)超過(guò)原信號(hào)的兩倍（增加6dB）(4) 兩端均發(fā)生反射時(shí)，諧振頻率處出現(xiàn)大振蕩情形(c)在(b)中終端條件的基礎(chǔ)上，使信號(hào)源的輸出阻抗降低至10，從而造成反射。在這種情況下，在某些頻率處

19、（大約為200MHz和650MHz）觀察到了非常強(qiáng)烈的駐波。這些頻率會(huì)造成多重反射，而且在某些情況下，電壓或電流可能達(dá)到原信號(hào)的數(shù)倍，從而成為EMC措施方面的問(wèn)題。(5) 諧振傳輸線路也作為天線當(dāng)信號(hào)線如上所述作為諧振器時(shí)，需要特別注意，因?yàn)樾盘?hào)線本身可能成為一種微帶天線并發(fā)射很強(qiáng)的噪聲。諧振頻率可能在使導(dǎo)線長(zhǎng)度為二分之一波長(zhǎng)的頻率間隔處反復(fù)出現(xiàn)（在圖17的示例中約為400MHz）。小心不要讓數(shù)字信號(hào)的諧波接近這些頻率。為避免多重反射造成的諧振，需要在兩端或一端進(jìn)行阻抗匹配（如圖17(a)或(b)所示），以吸收反射。如何終止數(shù)字信號(hào)線將在下一章節(jié)中講述。除了這樣的信號(hào)電路之外，如果要處理噪聲的

20、傳導(dǎo)路徑（如電源線），通常也可以衰減信號(hào)。在這種情況下，除了終止之外，還可以通過(guò)加劇傳輸線的衰減來(lái)避免諧振。如果要加劇衰減，通常是增加一個(gè)電阻元件。圖16 多重反射導(dǎo)致的諧振圖17 諧振導(dǎo)致的駐波變化7. 數(shù)字信號(hào)的終止(1) 較長(zhǎng)導(dǎo)線也需要針對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行終端匹配前已述及，當(dāng)傳輸線路的特性阻抗等于負(fù)載阻抗時(shí)，所有能量將會(huì)傳輸?shù)截?fù)載而不會(huì)發(fā)生反射。這種狀況被稱為“匹配”。例如，圖11(a)和圖12(a)在信號(hào)線的末端連接了一個(gè)50的電阻器，以便能夠與特性阻抗(50)匹配。在這種情況下，電場(chǎng)（電壓）和磁場(chǎng)（電流）是一致的，不會(huì)觀察到任何駐波。圖18 阻抗匹配如果是數(shù)字信號(hào)，當(dāng)C-MOS IC相互

21、連接時(shí)，信號(hào)線兩端通常都會(huì)造成反射。但是，如果導(dǎo)線較短，諧振頻率就會(huì)非常高，不會(huì)導(dǎo)致任何實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。如果導(dǎo)線變長(zhǎng)，諧振頻率會(huì)降低，變得 具有影響力，因而可能需要匹配。如圖19所示，可在驅(qū)動(dòng)器側(cè)或接收器側(cè)進(jìn)行阻抗匹配。(2) 驅(qū)動(dòng)器側(cè)終端匹配在驅(qū)動(dòng)器側(cè)圖19(a)進(jìn)行匹配時(shí)，將一個(gè)電阻器或鐵氧體磁珠串聯(lián)連接到信號(hào)線。這類似于電路的阻尼電阻器。唯一的區(qū)別在于如何選擇電阻 值。選擇的電阻值要能補(bǔ)足驅(qū)動(dòng)器側(cè)輸出電阻和特性阻抗之差。這時(shí)，接收器側(cè)仍會(huì)造成反射，導(dǎo)致信號(hào)線上存在駐波，使導(dǎo)線中部的波形失真。因此，這適用于導(dǎo) 線中部未連接任何電路的一對(duì)一信號(hào)傳輸。(3) 接收器側(cè)終端匹配在接收器側(cè)圖19(b

22、)進(jìn)行匹配時(shí)，如圖所示將電阻值等于特性電阻的電阻器連接到地線或電源。在這種情況下，不會(huì)導(dǎo)致任何駐波，因此，即使 是從導(dǎo)線中部提取信號(hào)，也能獲得規(guī)整的脈沖波形。但是，由于電流流入負(fù)載電阻器，這種匹配也存在一些劣勢(shì)，如降低信號(hào)振幅，導(dǎo)致功率損耗。為了在靜止的狀 態(tài)下減少功率損耗，可以加入電容器與電阻器串聯(lián)。圖19 數(shù)字電路的阻抗匹配8. 對(duì)EMC措施的影響盡管就產(chǎn)生駐波和諧振對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)而言是不利的現(xiàn)象，但它們是研究噪聲傳導(dǎo)和制定應(yīng)對(duì)措施時(shí)需要考慮的重要特性。當(dāng)物體噪聲頻率升高時(shí)，需要基于噪聲傳導(dǎo)路徑會(huì)像傳輸線一樣（產(chǎn)生駐波）的假設(shè)采取相應(yīng)措施和EMC措施。關(guān)于主要影響的示例將在下面講述。(1)

23、 電壓和電流隨測(cè)量點(diǎn)變化當(dāng)針對(duì)EMC措施使用探針尋找噪聲源時(shí)，即使在同一根導(dǎo)線上，但一個(gè)部分的噪聲比較大，而其他部分的噪音比較小。此外，就電壓和電流（磁場(chǎng)）而言，產(chǎn)生較大噪聲的位置不相同。因此，如果噪聲抑制前后的測(cè)量點(diǎn)不同，就無(wú)法正確評(píng)估產(chǎn)生的影響。圖20顯示了頻譜的變化，以此作為使用如圖10所示測(cè)量系統(tǒng)移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)時(shí)導(dǎo)致變化的一個(gè)示例。當(dāng)探針移動(dòng)幾厘米時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)頻譜的形狀和電平出現(xiàn)變化。如果要找出噪聲大的位置，就需要牢記這種變化，并在諸多點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，以確定噪聲強(qiáng)度。圖20 各點(diǎn)頻譜變化的示例(2) 阻抗和EMC措施相關(guān)元件的作用隨位置而變化當(dāng)產(chǎn)生駐波時(shí)，電壓波腹（電流波節(jié)）處的阻抗高，而電

24、壓波節(jié)（電流波腹）處的阻抗低。阻抗的高低影響著該位置所連接EMC措施相關(guān)元件的效果。（但是，駐波的形狀隨頻率而變化。因此，當(dāng)連接一個(gè)EMC措施相關(guān)元件時(shí)，不能一概斷定其對(duì)所有頻率位置而言是有利或不利。）例如，圖21給出了圖11中電流駐波隨頻率發(fā)生的變化。電流大的地方阻抗小（偏紅），電流小的地方阻抗大（偏藍(lán)）?？梢园l(fā)現(xiàn)這些位置根據(jù)頻率發(fā)生變化。一般而言，旁路電容器在阻抗降至最小值（電流波腹）的位置處具有較小的影響。圖9用箭頭了指出了這樣的位置。如果在此位置處放置一個(gè)元件，其對(duì)頻率的影響會(huì)減弱，因而需要另外使用鐵氧體磁珠等。（可以移動(dòng)此位置。但可能會(huì)在另一個(gè)頻率處出現(xiàn)問(wèn)題。）相反，鐵氧體磁珠在阻抗

25、局部最高點(diǎn)可能影響更弱。就降噪效果而言，結(jié)合了電容器和鐵氧體磁珠的LC濾波器可能相對(duì)不那么容易受到阻抗波動(dòng)的影響。圖21 不同頻率處駐波變化的示例(3) 諧振頻率隨導(dǎo)線長(zhǎng)度而變化由于使傳輸線發(fā)生諧振的頻率會(huì)產(chǎn)生很大的電壓和電流，因此可能會(huì)導(dǎo)致很強(qiáng)的噪聲發(fā)射。此頻率隨導(dǎo)線長(zhǎng)度而變化。因此，如果像圖中所示那樣因重新布置IC而改變導(dǎo)線長(zhǎng)度，則可能在意想不到的頻率處使噪聲增大。這類問(wèn)題難以預(yù)測(cè)，因?yàn)殡娐穲D通常不會(huì)指明導(dǎo)線長(zhǎng)度。除了信號(hào)線之外，電源模式、電纜和屏蔽表面也可能形成傳輸線并導(dǎo)致諧振。這類諧振器就像完好的天線一樣，會(huì)發(fā)射噪聲。圖22 導(dǎo)線長(zhǎng)度變化導(dǎo)致諧振改變(4) 電纜或屏蔽板會(huì)產(chǎn)生駐波，成為

26、狀態(tài)完好的天線就電纜連接至電子設(shè)備或者設(shè)備中使用金屬板作為天線的機(jī)制而言，這樣的導(dǎo)體可以被視為像傳輸線一樣產(chǎn)生諧振。（但是，天線的特性阻抗一般不是恒定的。）例如，如圖21所示，當(dāng)電子設(shè)備連接至有開(kāi)放端的電纜時(shí)，電纜可以被視為有開(kāi)口端的傳輸線路。在這種情況下，電纜產(chǎn)生的駐波在端部的電流為零（如 圖所示）。因此，基部的阻抗降低，電流在端部不連接任何元件的情況下流動(dòng)。在電纜長(zhǎng)度等于四分之一波長(zhǎng)奇數(shù)倍的頻率處，會(huì)產(chǎn)生諧振，因而也可能發(fā)射噪聲。這時(shí)，基部的阻抗較小，因此，噪聲可能會(huì)由增加阻抗的元件（如鐵氧體磁心）所控制。圖23 帶開(kāi)放端的電纜上產(chǎn)生電流如圖22所示，如果一端有金屬板連接到地線（當(dāng)一端連接

27、了屏蔽板時(shí)），會(huì)產(chǎn)生接地部件處電壓為零的駐波。使金屬板長(zhǎng)度等于四分之一波長(zhǎng)奇數(shù) 倍的頻率會(huì)導(dǎo)致諧振，且很可能造成噪聲發(fā)射和感應(yīng)。如果兩端都連接到地線，會(huì)產(chǎn)生在兩端電壓均為零的駐波，因此，使金屬板長(zhǎng)度等于二分之一波長(zhǎng)整數(shù)倍的頻 率會(huì)導(dǎo)致諧振。為消除這樣的問(wèn)題，連接到地線的各點(diǎn)之間的間隔應(yīng)縮短到噪聲波長(zhǎng)的大約十分之一或以下。如上所述，在（較高）頻率范圍內(nèi)，其中電子設(shè)備所使用導(dǎo)體的大小超過(guò)四分之一波長(zhǎng)（例如10cm時(shí)使用750MHz），導(dǎo)體可能作為天線。如果物體噪聲的頻率很高，則需要注意物體尺寸與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。圖24 金屬板連接到地線，金屬板端作為天線9. 如何防止噪聲傳導(dǎo)(1) 阻抗失配可防止噪

28、聲傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并不總是能帶來(lái)理想的結(jié)果。如果要防止噪聲傳導(dǎo)（而不是傳輸信號(hào)），就需要避免匹配阻抗。如章節(jié)2-1所示，除了充分了解電子設(shè)備噪聲發(fā)射機(jī)制以外，可以認(rèn)為從噪聲源到天線之間建立了噪聲傳輸路徑（如圖25所示）。在這種情況下，如果阻抗已經(jīng)完全匹配，噪聲可能被傳導(dǎo)至天線并造成很強(qiáng)的發(fā)射。(2) 去耦電容器導(dǎo)致阻抗失配為防止噪聲傳導(dǎo)，傳輸線兩側(cè)的反射都應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)，使噪聲無(wú)法傳導(dǎo)。在此期間，使用去耦電容器或電感器等元件顯著改變阻抗，從而增加反射。也可以加劇傳輸路徑的衰減。如果要增強(qiáng)衰減，就需要吸收能量。這就是需要使用EMC措施相關(guān)元件發(fā)揮噪聲吸收作用的原因?？墒褂镁哂须娮枳杩沟蔫F氧體磁珠。盡管圖25僅涉及了針對(duì)所有元件的噪聲傳輸路徑，但實(shí)際上它是很多傳輸路徑的結(jié)合。例如，如果從接口電纜發(fā)射數(shù)字IC電源噪聲，則可以認(rèn)為具體情況會(huì)如圖26所示（作為示例）。可以通過(guò)對(duì)傳輸路徑按類型分解來(lái)應(yīng)用圖25所示的噪聲反射和衰減。圖25 噪聲反射和衰減圖26 已分解噪聲傳輸路徑的示例10. S參數(shù)(1) EMC措施相關(guān)元件的性能可通過(guò)S參數(shù)來(lái)表示盡管噪聲傳輸路徑中所使用EMC措施相關(guān)元件的效果一般可通過(guò)插損來(lái)表示，但還會(huì)使用S參數(shù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的表示