電磁干擾概述
電磁干擾的來(lái)源有自然和人為兩種。自然的干擾包括來(lái)自整個(gè)宇宙的電磁干擾，以及諸如大氣干擾、雷電和靜電、放電之類(lèi)的各種自然現(xiàn)象。而人為的干擾包括各種電氣、電子儀器和機(jī)電設(shè)備在工作時(shí)所造成的電磁干擾。
對(duì)于自然源產(chǎn)生的電磁干擾是無(wú)法解決的，本書(shū)中只討論人為制造的電磁干擾。電磁能量從一個(gè)設(shè)備（稱(chēng)為發(fā)射機(jī)）到另一個(gè)設(shè)備（稱(chēng)為接收機(jī)）的無(wú)意或不希望的耦合，稱(chēng)為電磁干擾（EMI）。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間電磁干擾耦合的各種途徑如圖所示。
圖 電磁干擾機(jī)制和傳播路徑
圖所示的路徑說(shuō)明如下：
· 從源發(fā)射機(jī)直接輻射到接收機(jī)；
· 從源發(fā)射機(jī)直接輻射，然后被與接收機(jī)連接的電源電纜或信號(hào)／控制電纜拾取，電 磁干擾經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程到達(dá)接收機(jī)；
· 電磁干擾由源發(fā)射機(jī)的電源電纜、信號(hào)電纜或控制電纜輻射；
· 電磁干擾從源發(fā)射機(jī)通過(guò)公用電纜線或通過(guò)公用信號(hào)／控制電纜直接傳導(dǎo)到接收機(jī)。
電磁干擾由與源發(fā)射機(jī)相連的各種電源、信號(hào)、控制電纜攜帶時(shí)，它會(huì)耦合進(jìn)入與接收機(jī)相連接的電源、信號(hào)、控制電纜中，尤其是當(dāng)把這些電纜綁扎成捆時(shí)，即使是沒(méi)有公用的電源、信號(hào)、控制電纜存在的情況，這種干擾也將通過(guò)傳導(dǎo)到達(dá)接收機(jī)。
PCB板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)師認(rèn)為：能夠接觸到的EMI來(lái)源就是PCB。眾所周知，數(shù)字集成電路從邏輯高到邏輯低或者從邏輯低到邏輯高之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，輸出產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率并不是導(dǎo)致EMI的唯一頻率成分。該方波中包含頻率范圍很寬的正弦諧波分量，這些正弦諧波分量構(gòu)成設(shè)計(jì)師所關(guān)心的EMI頻率成分。最高EMI頻率也稱(chēng)為EMI發(fā)射帶寬，它是信號(hào)上升時(shí)間而不是信號(hào)頻率的函數(shù)。
計(jì)算EMI發(fā)射帶寬的公式為
F＝0.35/Tr
其中，F(xiàn)是頻率，單位是GHz；馬是信號(hào)上升時(shí)間或下降時(shí)問(wèn)，單位為ns。
假設(shè)電路的開(kāi)關(guān)頻率為50 MHz，而采用的集成電路芯片的上升時(shí)間是1 ns，則該電路的最高EMI發(fā)射頻率將達(dá)到350 MHz，遠(yuǎn)大于該電路的開(kāi)關(guān)頻率。如果集成電路芯片的上升時(shí)間為500 PS，那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將高達(dá)700 MHz。
眾所周知，電路中的電壓值和電流值在某一時(shí)刻都是相互對(duì)應(yīng)的，當(dāng)IC芯片的輸出在邏輯高與低間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，這些信號(hào)電壓和信號(hào)電流就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)的最高頻率就是發(fā)射帶寬。電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及對(duì)外輻射的百分比，不僅是信號(hào)上升時(shí)間的函數(shù)，同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)信號(hào)源到負(fù)載點(diǎn)之間信號(hào)通道上電容和電感的控制的好壞，也會(huì)影響電磁場(chǎng)的強(qiáng)度及對(duì)外輻射的百分比。顯然，在PCB設(shè)計(jì)層面，可以做大量的工作來(lái)改善EMI。在考慮EMI控制時(shí)，設(shè)計(jì)工程師首先應(yīng)該考慮IC芯片的選擇。集成電路的某些特征如封裝類(lèi)型、偏置電壓和芯片的工藝技術(shù)（如CMOS、EOL、TTL）等都對(duì)電磁干擾有很大的影響。在后面將會(huì)專(zhuān)門(mén)討論IC芯片的EMI控制問(wèn)題。
