信号耦合对于回路面积控制的意义

2019/5/14 0:10:37 人评论 次浏览 分类:电工基础  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/2485.html

回路面积控制对于解决EMC问题有着重要意义,直接关系到干扰和抗干扰的能力。一般谈到回路面积,其实就是说信号电流的路径问题。这里有一个基本事实是:电流总是在闭合的回路中流动,而且总是从阻抗最小的路径上通过,尤其是我们关心的高频信号,所以电路设计者必须控制它在电路板上面的位置。也就是控制最小阻抗路径。

一般对于控制阻抗的方法是控制寄生参数。这里我们讨论信号耦合对于阻抗控制的作用。

走线可彼此耦合
图1  走线可彼此耦合

如图1,根据楞次定律,走线1上流过一个变化的电流i1变化的电流会在走线1周围产生一个变化的磁场。这个磁场会以系数k耦合到走线2上(系数值一般在0.4-0.6之间,距离的减小和信号上升时间减小都会增加K值)。考虑i1是信号,i2是回流信号的情况,这样耦合信号k×i1(与i1方向相反)将有助于回流信号的流动,而i2同样也会耦合到i1,推动i1流动。所以它们之间的耦合加强了彼此的效果。这种效果可以从两个方面来解释:①由于电流相互加强,所以只需要较小的电压就可以推动同样的电流在电路中流动;②由于电流被加强了,所以同样的电压可以推动更大的电流流动。根据欧姆定律V=IZ,说明当这种类型的耦合存在时,阻抗会降低。

走线及其下面参考层的断面观察图
图2  走线及其下面参考层的断面观察图

如图2,当我们考虑走线和参考层时。信号电流在走线上流过,回流电路在参考层中流过。那么C点由于离信号电流更近,所以C点的耦合更强,阻抗更小。因此这里有着最大的耦合和最小的阻抗。这也是为什么高速信号的回流电流趋向于直接在走线下面流过的原因,因为这条通路阻抗最小。而且,当信号上升时间变快,这趋势会加强。


常见的一些实际应用

1、带屏蔽层和没有屏蔽层的电源线在进行辐射发射测试时:电源线可以和屏蔽层产生耦合,促使共模信号回流面积的减小。这样对于辐射发射有很好的改善。
2、有参考层和没有参考层的信号线在进行抗扰度测试时时:由于回流阻抗的减小,降低脉冲干扰,增强抗扰度能力。
回流面积是控制辐射发射的一个重要考量因素;而阻抗的控制对于回流路径有着决定性的作用。回流路径又直接关系着回流阻抗和回流面积。所以阻抗的控制是解决EMC问题的关键。控制阻抗有很多手段,本文介绍的信号耦合,希望能够为大家提供一个较好的思路。
作者:李义君、丁影

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