EMI包含有兩個方面:放射和電磁耐受性。放射是指哪些設(shè)備會產(chǎn)生輻射噪聲。電磁耐受性是指哪些設(shè)備會受到其它設(shè)備的電磁波影響。在稍候的篇幅中,我們將會多討論一些有關(guān)電磁耐受性的問題。因為如果能有效地控制電磁放射,那么處理后續(xù)的電磁耐受性就變得相對容易了。放射一般來說大體分為輻射性放射和傳導(dǎo)性放射兩類。輻射性放射來自電路板、走線或電線,以電磁波的形態(tài)模壓電感器生產(chǎn)廠經(jīng)大氣傳播影響附近的接收器。需要注意的是“接收器”可泛指任何因外來電磁能量干擾而影響其運行的電路。例如,功率電感PCB走線或IC的引線。傳導(dǎo)性放射是指能量經(jīng)電線或電纜逃脫或傳導(dǎo)出來。傳導(dǎo)性放射可以直接影響電路性能,或者轉(zhuǎn)化為輻射性放射。
圖1:波長和頻率之間的物理關(guān)系
要了解兩種放射,我們必須對天線有一定的了解。圖1所示波長和頻率之間的物理關(guān)系。一根天線的有效長度必須達(dá)到波長的四份之一。如果在大氣中,其介電特性為1。那么在FR4或玻璃環(huán)氧電路板中,其介電特性便會降低至4.8。因此信號一旦到達(dá)FR4的電介質(zhì)梯度,其傳播走線就會變慢。于是會引起“波長縮減”效應(yīng)。例如,一個200MHz的信號在大氣中的四分之一波長為16.7cm,如果模壓電感器企業(yè)在內(nèi)層的電路板走線,那么波長就變?yōu)?6.7/4.8(1/2)=7.6cm。
即使PCB走線的長度短于波長的四分之一,仍可以是有效的天線,能夠同時增強(qiáng)放射性和電磁耐受性。除了內(nèi)層外,表面的走線也可表現(xiàn)出波長縮減效應(yīng)。因為電介質(zhì)的一面已足可改變傳遞的整個介電特性。
PCB走線等非意愿天線(unintended antenna),可以說是數(shù)字系統(tǒng)中輻射噪聲背后的黑手。從輻射性放射的角度考慮,我們可發(fā)現(xiàn)D類音頻放大器本質(zhì)上可被看作成一個數(shù)字系統(tǒng)。電磁學(xué)中一個關(guān)鍵原理是電磁互易(reciprocity),因為電流的流動可產(chǎn)生一個電場,并且電通量的變化可引發(fā)電流的流動。按照這個原理,一條天線既可以用來接收電磁信號也可以用來發(fā)送電磁信號。假如非意愿天線受到噪聲電流的刺激,而其長度接近波長的四分一接近時,此時便會產(chǎn)生輻射性放射。
圖2:常用的天線設(shè)計
如圖2所示,常用的天線設(shè)計有兩種:偶極天線和鞭形天線。一個有趣的事實是鞭形天線本身就是半條偶極天線,水平接地經(jīng)感應(yīng)后,鞭形天線可成為另外的半條偶極天線。眾所周知,天線的作用是通過電氣能量的輻射來發(fā)送和接收信號。不過,如圖3所示,PCB中的非意愿天線可包括:長走線;通路;元件的引線和接腳;無載電路板的連接器和插座。
圖3:PCB中的非意愿天線
PCB上一些沒有端接的表面走線或埋在下面的走線可以變成非意愿鞭形天線。在不同電位勢下的走線片段可以因不良布局而變成振子天線。同時,PCB的導(dǎo)電層可作為雙極天線的另一條腿,而板子本身會被耦合到電場中。