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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