在信號完整性的書籍中,也會把信號完整性分為:1.信號自身傳輸的問題(反射,損耗);2.信號與信號之間的問題(串擾);3.電源問題;4.EMC問題。看來EMC跟SI重疊度很高啊,確實做久了之后,發現其實他們都是在解決一個電磁場往哪兒去的問題,解決的思路與手段都有非常大的相似性。
在PCB板上的電磁場,更多的還是儲存在電容電感中,任何一個導體都是電感,而任何兩個導體的組合都是電容。儲存在信號路徑與回流路徑之中的電磁場是我們的有效信號,儲存在信號路徑與其他路徑之間的是我們的串擾,還有一部分能量會散逸出去(可以理解為跑去信號路徑與PCB板外的金屬所構成的電容中了),這一部分能量就是我們的EMI能量。
而電磁場也是有惰性的,哪里電容大它就呆在那里,哪里阻抗小它就往哪去,哪里的互感大就會分到更多的能量。信號發送出來,其總能量可以認為是一定的,信號路徑與回流路徑之間分到的能量變多了,串擾和EMI也就變小了。
下面看看我們反射是怎樣影響EMI的。
如大家平時看到的圖片一樣,反射會讓信號產生振鈴:
(圖一)
大家平時通常說這個波形的信號質量不好,但其實這樣的信號的EMI也更嚴重,反射的過沖使得dI/dt變得更大了,有振鈴信號的頻譜如下圖中紅色所示:
(圖二)
信號傳輸的物理結構沒有變化,信號某一些頻率的幅度變強了,輻射的能量自然也就變強了。
可能有的朋友會問了:不是說好了能量守恒嗎?這些莫名其妙多出來的能量是從哪里來的?
其實只是反射之后某一部分的電磁場在時間和空間上進行了疊加,看起來增加了而已。
事實上,小陳同學確實有通過加匹配電阻成功的解決了一個醫療儀器項目EMI超標的問題,在源端加上一個50歐姆的匹配電阻之后,信號從紅色波形變成了藍色的波形:
(圖三)
可以看到,信號整體的頻譜分量明顯變小了。
而且這樣的串阻除了匹配阻抗消除反射,減小電磁場在某些地方的疊加,達到減小EMI能量之外,還可以從另一個方面去減小EMI能量,可以看到圖三中低頻的諧波也有較明顯的改善,而圖二中則沒有。
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