【導(dǎo)讀】EMI關(guān)注的是電磁能量的輻射，包括外部電磁環(huán)境對(duì)自身系統(tǒng)的干擾，以及自身輻射的電磁能量對(duì)外部系統(tǒng)的干擾。這些干擾都不能超過(guò)一個(gè)限度，超過(guò)了這個(gè)限度就會(huì)引起問(wèn)題，這些干擾歸根結(jié)底還是影響了系統(tǒng)的信號(hào)完整性。
EMI關(guān)注的是電磁能量的輻射，包括外部電磁環(huán)境對(duì)自身系統(tǒng)的干擾，以及自身輻射的電磁能量對(duì)外部系統(tǒng)的干擾。這些干擾都不能超過(guò)一個(gè)限度，超過(guò)了這個(gè)限度就會(huì)引起問(wèn)題，這些干擾歸根結(jié)底還是影響了系統(tǒng)的信號(hào)完整性。
我們?cè)诮佑|新鮮事物的時(shí)候，通常習(xí)慣用自己熟悉的知識(shí)去解釋自己不熟悉的事物。EMC知識(shí)更多的涉及到微波和射頻，對(duì)于像我這種專(zhuān)注于信號(hào)完整性而對(duì)EMC知識(shí)知之甚少的菜鳥(niǎo)來(lái)說(shuō)，最初也只能用SI的一些基礎(chǔ)知識(shí)去撬開(kāi)EMC設(shè)計(jì)的大門(mén)了。在我的認(rèn)知里，EMI關(guān)注的是電磁能量的輻射，包括外部電磁環(huán)境對(duì)自身系統(tǒng)的干擾，以及自身輻射的電磁能量對(duì)外部系統(tǒng)的干擾。這些干擾都不能超過(guò)一個(gè)限度，超過(guò)了這個(gè)限度就會(huì)引起問(wèn)題，這些干擾歸根結(jié)底還是影響了系統(tǒng)的信號(hào)完整性。
電路板上的電磁能量是怎么輻射出去的？
說(shuō)到這里，我就想起了下面這幅圖，這也是我對(duì)電磁輻射最基本的印象。
圖1 PCB的電磁輻射
早期的PCB是單層板的，芯片之間是通過(guò)導(dǎo)線連接起來(lái)，電源線和信號(hào)線沒(méi)啥區(qū)別，僅僅是連通的導(dǎo)線而已。這又讓我想到了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是一個(gè)單片機(jī)控制的LED顯示屏，這個(gè)系統(tǒng)很簡(jiǎn)單，就幾個(gè)IC以及色環(huán)電阻，電容都沒(méi)幾個(gè)，通過(guò)簡(jiǎn)單的焊接，電路就可以工作了。根本就沒(méi)有用到微帶線，帶狀線，雙絞線，同軸電纜這些東東。
學(xué)習(xí)高速設(shè)計(jì)之后，我明白了，隨著頻率的上升，信號(hào)跳變產(chǎn)生的電磁能量也在增加。芯片之間再也不能這樣簡(jiǎn)單的連接起來(lái)了，像圖1這種連接方法，會(huì)使回路電感很大，回路電感很大，就會(huì)使得交流信號(hào)的感抗很大，信號(hào)根本不會(huì)老老實(shí)實(shí)沿導(dǎo)線傳播，而是會(huì)輻射到空間中去。
怎么解決電路板的電磁輻射問(wèn)題？
在SI工程師眼中，使用微帶線或者帶狀線是為了給信號(hào)提供一個(gè)低阻抗的傳輸路徑。這在EMC工程師眼中也是電磁屏蔽的需要。在使用了微帶線或者帶狀線之后，電磁能量就被控制在了導(dǎo)體之間的介質(zhì)中了。
為什么在使用了微帶線和帶狀線后，電磁能量大部分會(huì)被束縛在介質(zhì)中呢？主要原因是信號(hào)路徑與回流路徑靠的更近，這樣整個(gè)回路的電感就減小了。不信我們來(lái)使用軟件計(jì)算一下
回流路徑靠的近
回流路徑靠的遠(yuǎn)
由上圖可知，參考平面對(duì)傳輸線的單位長(zhǎng)度有效電感的影響是很大的。可以想象，在高頻條件下，如果信號(hào)擁有很好的回流路徑，那么它所感受到的回路電感就會(huì)很小，信號(hào)就會(huì)按照人們的意愿從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩?，如果信?hào)感受到的回路電感很大就會(huì)產(chǎn)生輻射問(wèn)題。
小結(jié)
在低頻的時(shí)候，可以不考慮電磁干擾的問(wèn)題，低頻時(shí)導(dǎo)線周?chē)碾姶艌?chǎng)變化沒(méi)有那么強(qiáng)烈，導(dǎo)線的電感效應(yīng)也不會(huì)表現(xiàn)的那么明顯。但是到了高頻，電磁場(chǎng)變化劇烈，應(yīng)該充分考慮信號(hào)路徑與返回路徑的耦合問(wèn)題，利用信號(hào)路徑與返回路徑的耦合來(lái)減小整個(gè)回路的電感，控制導(dǎo)線向空間發(fā)射的電磁能量。
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