PCB的輻射
發布時間:2010-05-14
中心議題:
線路板的輻射主要產生於PCB走線和“I/O”電纜。前麵介紹了共模和差模電流,從這兩種電流的模式出發,可把輻射分為差模輻射和共模輻射兩種。
•差模輻射:電路工作電流在信號環路中流動會產生電磁輻射。而流動的電流是差模,因此產生的輻射稱為差模輻射;
•共模輻射:當dang傳chuan輸shu信xin號hao的de導dao體ti的de電dian位wei與yu鄰lin近jin導dao體ti的de電dian位wei不bu同tong時shi,相xiang互hu之zhi間jian就jiu會hui產chan生sheng電dian流liu。即ji使shi沒mei有you任ren何he導dao體ti連lian接jie,高gao頻pin電dian流liu也ye會hui通tong過guo寄ji生sheng電dian容rong流liu動dong。這zhe種zhong電dian流liu稱cheng為wei共gong模mo電dian流liu,其qi產chan生sheng的de輻fu射she稱cheng為wei共gong模mo輻fu射she。
電纜的輻射主要以共模輻射為主。用電流環路模型來分析差模輻射,可分別得出近場區域和遠場區域的輻射電磁場。
式中,I為環路電流;A為環路麵積;D為觀測點到環路的距離;Zo為自由空間的阻抗;λ為電流頻率所對應的波長。
同理分析共模輻射,分別得出近場區域和遠場區域的輻射電磁場。

式中,I為環路電流;L為導線長度;D為觀測點到環路的距離;Zo為自由空間的阻抗;λ為電流頻率所對應的波長。
公式中的電流為共模電流。與前麵差模電流不同的是,共模電流的實際值很難預先估算出來。
以(yi)上(shang)介(jie)紹(shao)的(de)輻(fu)射(she)並(bing)不(bu)完(wan)全(quan)符(fu)合(he)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)的(de)情(qing)況(kuang),因(yin)為(wei)公(gong)式(shi)的(de)推(tui)導(dao)都(dou)假(jia)設(she)在(zai)單(dan)根(gen)導(dao)線(xian)模(mo)型(xing)中(zhong),電(dian)路(lu)阻(zu)抗(kang)在(zai)近(jin)場(chang)為(wei)無(wu)限(xian)大(da),並(bing)且(qie)在(zai)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)模(mo)型(xing)中(zhong),電(dian)路(lu)是(shi)短(duan)路(lu)的(de)。在(zai)實(shi)際(ji)電(dian)路(lu)中(zhong),電(dian)路(lu)不(bu)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)環(huan)路(lu),也(ye)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)開(kai)路(lu)的(de)導(dao)線(xian)。因(yin)此(ci),利(li)用(yong)理(li)想(xiang)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)輻(fu)射(she)估(gu)計(ji),會(hui)在(zai)近(jin)場(chang)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)。為(wei)了(le)修(xiu)正(zheng)實(shi)際(ji)與(yu)理(li)想(xiang)模(mo)型(xing)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)誤(wu)差(cha),下(xia)麵(mian)分(fen)別(bie)給(gei)出(chu)近(jin)場(chang)和(he)遠(yuan)場(chang)的(de)修(xiu)正(zheng)導(dao)線(xian)計(ji)算(suan)模(mo)型(xing):


式中,V為源的電壓;A為環路麵積;f為電流的頻率;D為觀測點到電路的距離。
同時,遠場的輻射與電路的阻抗無關。各種數量關係如圖所示。

圖實際輻射電路簡化圖
另(ling)外(wai),在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)標(biao)準(zhun)中(zhong),通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)來(lai)表(biao)征(zheng)輻(fu)射(she)的(de)強(qiang)度(du)。實(shi)際(ji)中(zhong)隻(zhi)要(yao)對(dui)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)作(zuo)出(chu)規(gui)範(fan)的(de)限(xian)製(zhi),即(ji)可(ke)使(shi)電(dian)路(lu)達(da)到(dao)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)的(de)標(biao)準(zhun)。這(zhe)裏(li),最(zui)常(chang)用(yong)的(de)公(gong)式(shi)是(shi)差(cha)模(mo)輻(fu)射(she)預(yu)測(ce)公(gong)式(shi),用(yong)於(yu)預(yu)測(ce)電(dian)路(lu)的(de)差(cha)模(mo)輻(fu)射(she)是(shi)否(fou)會(hui)導(dao)致(zhi)輻(fu)射(she)超(chao)過(guo)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)標(biao)準(zhun)。
E=2.6IAf2/D(μV/m)(2-16)
由上麵的公式可知,直接得出減小差模輻射就是控製差模電流I、頻率f或環路麵積A。使用低功耗的芯片,利用緩衝器都可以減小差模電流I;使用低速芯片,降低電路的頻率可以減小f.但dan這zhe兩liang種zhong方fang法fa在zai實shi踐jian中zhong都dou有you一yi定ding的de局ju限xian性xing。剩sheng下xia的de而er且qie是shi最zui現xian實shi的de手shou段duan就jiu是shi控kong製zhi信xin號hao的de環huan路lu麵mian積ji。這zhe要yao求qiu設she計ji者zhe在zai選xuan用yong芯xin片pian時shi盡jin量liang選xuan用yong大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu,采cai用yong表biao麵mian安an裝zhuang工gong藝yi製zhi造zao的de芯xin片pian,不bu使shi用yong安an裝zhuang座zuo等deng;另一方麵,在線路板布線時,盡量控製信號回路的麵積。
最常用共模輻射預測公式為
E=1.26ILf/D(2-17)
同理可知,隻要控製以上公式的3個參量,即可達到減小共模輻射的標準。可以采用共模扼流圈,在共模電壓一定的情況下,增加共模電流流動路徑的阻抗;或在滿足使用要求的前提下,盡量縮短電纜。
- PCB的電磁兼容設計
- 使用低功耗的芯片
- 使用低速芯片降低電路的頻率
- 利用緩衝器減小差模電流
線路板的輻射主要產生於PCB走線和“I/O”電纜。前麵介紹了共模和差模電流,從這兩種電流的模式出發,可把輻射分為差模輻射和共模輻射兩種。
•差模輻射:電路工作電流在信號環路中流動會產生電磁輻射。而流動的電流是差模,因此產生的輻射稱為差模輻射;
•共模輻射:當dang傳chuan輸shu信xin號hao的de導dao體ti的de電dian位wei與yu鄰lin近jin導dao體ti的de電dian位wei不bu同tong時shi,相xiang互hu之zhi間jian就jiu會hui產chan生sheng電dian流liu。即ji使shi沒mei有you任ren何he導dao體ti連lian接jie,高gao頻pin電dian流liu也ye會hui通tong過guo寄ji生sheng電dian容rong流liu動dong。這zhe種zhong電dian流liu稱cheng為wei共gong模mo電dian流liu,其qi產chan生sheng的de輻fu射she稱cheng為wei共gong模mo輻fu射she。
電纜的輻射主要以共模輻射為主。用電流環路模型來分析差模輻射,可分別得出近場區域和遠場區域的輻射電磁場。
式中,I為環路電流;A為環路麵積;D為觀測點到環路的距離;Zo為自由空間的阻抗;λ為電流頻率所對應的波長。同理分析共模輻射,分別得出近場區域和遠場區域的輻射電磁場。

式中,I為環路電流;L為導線長度;D為觀測點到環路的距離;Zo為自由空間的阻抗;λ為電流頻率所對應的波長。
公式中的電流為共模電流。與前麵差模電流不同的是,共模電流的實際值很難預先估算出來。
以(yi)上(shang)介(jie)紹(shao)的(de)輻(fu)射(she)並(bing)不(bu)完(wan)全(quan)符(fu)合(he)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)電(dian)路(lu)的(de)情(qing)況(kuang),因(yin)為(wei)公(gong)式(shi)的(de)推(tui)導(dao)都(dou)假(jia)設(she)在(zai)單(dan)根(gen)導(dao)線(xian)模(mo)型(xing)中(zhong),電(dian)路(lu)阻(zu)抗(kang)在(zai)近(jin)場(chang)為(wei)無(wu)限(xian)大(da),並(bing)且(qie)在(zai)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)模(mo)型(xing)中(zhong),電(dian)路(lu)是(shi)短(duan)路(lu)的(de)。在(zai)實(shi)際(ji)電(dian)路(lu)中(zhong),電(dian)路(lu)不(bu)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)環(huan)路(lu),也(ye)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)開(kai)路(lu)的(de)導(dao)線(xian)。因(yin)此(ci),利(li)用(yong)理(li)想(xiang)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)輻(fu)射(she)估(gu)計(ji),會(hui)在(zai)近(jin)場(chang)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)。為(wei)了(le)修(xiu)正(zheng)實(shi)際(ji)與(yu)理(li)想(xiang)模(mo)型(xing)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)誤(wu)差(cha),下(xia)麵(mian)分(fen)別(bie)給(gei)出(chu)近(jin)場(chang)和(he)遠(yuan)場(chang)的(de)修(xiu)正(zheng)導(dao)線(xian)計(ji)算(suan)模(mo)型(xing):


式中,V為源的電壓;A為環路麵積;f為電流的頻率;D為觀測點到電路的距離。
同時,遠場的輻射與電路的阻抗無關。各種數量關係如圖所示。

圖實際輻射電路簡化圖
另(ling)外(wai),在(zai)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)標(biao)準(zhun)中(zhong),通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)來(lai)表(biao)征(zheng)輻(fu)射(she)的(de)強(qiang)度(du)。實(shi)際(ji)中(zhong)隻(zhi)要(yao)對(dui)電(dian)場(chang)強(qiang)度(du)作(zuo)出(chu)規(gui)範(fan)的(de)限(xian)製(zhi),即(ji)可(ke)使(shi)電(dian)路(lu)達(da)到(dao)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)的(de)標(biao)準(zhun)。這(zhe)裏(li),最(zui)常(chang)用(yong)的(de)公(gong)式(shi)是(shi)差(cha)模(mo)輻(fu)射(she)預(yu)測(ce)公(gong)式(shi),用(yong)於(yu)預(yu)測(ce)電(dian)路(lu)的(de)差(cha)模(mo)輻(fu)射(she)是(shi)否(fou)會(hui)導(dao)致(zhi)輻(fu)射(she)超(chao)過(guo)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)標(biao)準(zhun)。
E=2.6IAf2/D(μV/m)(2-16)
由上麵的公式可知,直接得出減小差模輻射就是控製差模電流I、頻率f或環路麵積A。使用低功耗的芯片,利用緩衝器都可以減小差模電流I;使用低速芯片,降低電路的頻率可以減小f.但dan這zhe兩liang種zhong方fang法fa在zai實shi踐jian中zhong都dou有you一yi定ding的de局ju限xian性xing。剩sheng下xia的de而er且qie是shi最zui現xian實shi的de手shou段duan就jiu是shi控kong製zhi信xin號hao的de環huan路lu麵mian積ji。這zhe要yao求qiu設she計ji者zhe在zai選xuan用yong芯xin片pian時shi盡jin量liang選xuan用yong大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu,采cai用yong表biao麵mian安an裝zhuang工gong藝yi製zhi造zao的de芯xin片pian,不bu使shi用yong安an裝zhuang座zuo等deng;另一方麵,在線路板布線時,盡量控製信號回路的麵積。
最常用共模輻射預測公式為
E=1.26ILf/D(2-17)
同理可知,隻要控製以上公式的3個參量,即可達到減小共模輻射的標準。可以采用共模扼流圈,在共模電壓一定的情況下,增加共模電流流動路徑的阻抗;或在滿足使用要求的前提下,盡量縮短電纜。
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