EMI的產(chǎn)生分析

我們來分析一下EMI的產(chǎn)生，忽略自然干擾的影響，在電子電路系統(tǒng)中我們主要考慮是電壓瞬變和信號的回流這兩方面。

　　1 電壓瞬變

　　對于電磁干擾的分析，可以從電磁能量外泄方面來考慮，如果器件向外泄露的能量越少，我們可以認為產(chǎn)生的電磁干擾就比較小。對于高速的數(shù)字器件來說，產(chǎn)生高頻交流信號時的電壓瞬變是產(chǎn)生電磁干擾的一個主要原因。我們知道，數(shù)字信號在開關(guān)輸出時產(chǎn)生的頻譜不是單一的，而是融合了很多高次諧波分量，這些諧波的振幅(即能量)由器件的上升或者下降時間來決定，信號上升和下降速率越快，即開關(guān)頻率越高，則產(chǎn)生的能量越多。所以，如果器件在很短的時間內(nèi)完成很大的電壓瞬變，將會產(chǎn)生嚴重的電磁輻射，這個電磁能量的外泄就會造成電磁干擾問題。通常，高速數(shù)字電路的EMI發(fā)射帶寬可以通過下面的公式計算：

　　F=1/πTr，

　　F為開關(guān)電路產(chǎn)生的最高EMI頻率，單位為GHz，Tr為信號的上升時間或者下降時間，單位為ns。

　　比如，對于上升時間為1ns左右的器件，那么它所產(chǎn)生的最高EMI頻率將為350MHz，而如果上升時間降為為500ps，那么它的最高EMI發(fā)射頻率將為700MHz，遠遠高于系統(tǒng)正常的工作頻率，這將會在一定程度上影響周圍其他系統(tǒng)的正常工作。

　　顯然，如果能減緩信號的上升沿，將會在很大程度上減少EMI，但是隨著電子設計和芯片制造水平的發(fā)展，器件總是朝著高速方向發(fā)展，單一的降低信號開關(guān)速率顯然是不現(xiàn)實的。但我們卻可以通過降低信號電壓來達到同樣的目的，因為在相同的時間內(nèi)，低電壓器件需要跨越的邏輯門電壓幅度較小，就同樣減緩器件的上升沿速率，所以低電壓器件也是高速電路發(fā)展的趨勢。

　　2信號的回流

　　任何信號的傳輸都存在一個閉環(huán)的回路，當電流從驅(qū)動端流入接收端的時候，必然會有一個回流電流通過與之相鄰的導體從接收端回流至驅(qū)動端，構(gòu)成一個閉合的環(huán)路，而環(huán)路的大小卻和EMI的產(chǎn)生有著很大的關(guān)系，我們都知道，每一個環(huán)路都可以等效為一個天線，環(huán)路數(shù)量或者面積越大，引起的EMI也越強。我們知道，交流信號會自動選取阻抗最小的路徑返回驅(qū)動端，但實際情況中，信號不可能始終保持如圖1所示的理想路徑，特別是在高密度布線的PCB板上，過孔，縫隙等都可能降低參考平面理想的特性，而是表現(xiàn)為更復雜的回流形式(圖2)。

　　圖1 理想信號回流示意圖

　　圖2 實際情況中的信號回流