EMC整改所需的基本概念和模型Word格式文档下载.docx

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所有的干扰产生的电动势，都要经过回路进行流动，都存在内阻Rs。

理想状态希望正常电源供电时，内阻为0；

干扰的内阻为无穷大。

1.3电流源

图31电流源

通常不存在理想的电流源。

Rs为电流源的内阻。

通常希望Rs为无穷大，则所有电流都通过RL。

电流源及电压源时为了分析电路时，将电路简化用的。

1.4分压原理

图32分压原理

纯阻性的分压电路的形式如上图所示：

经过分压之后，Vo的输出如下：

阻抗形式的分压电路如下图所示：

图33阻抗形式的分压电路

经过分压之后的电压输出如下：

Z1和Z2都是复数形式的阻抗。

所有的滤波原理都是分压原理的应用。

1.5滤波的基本原理

图34最基本的低通滤波

上图输入和输出之间的关系为：

当

减小时，Vo的幅值也会减小。

即随着ω增加，电容的阻抗逐步减小

因此信号中高频率的成分通过该电路时，幅值就会被大大降低。

同时低频信号能够保持其原来的幅度。

这就是滤波电路的基本作用，滤除无用的频率成分。

滤波电路应用的是阻抗失衡的方式，对无用信号的阻抗大大低于对有用信号的阻抗。

当更换电阻和电容的位置，就变成了高通滤波。

图35高通滤波

输入与输出的关系如下：

当ω为+∞,

＝0

Vo=Vi。

含有多种频率成分的信号，通过高通滤波器之后，低频信号被滤除，只有频率较高的部分会通过以上电路。

相同幅值不同频率的信号，通过该电路后，幅值大小也会不一致。

这就是该电路的幅频响应曲线。

不同频率信号衰减的大小是不一样的。

所谓滤除是指特定频率的信号通过该电路之后，被大大衰减了。

将方波信号输入到滤波器中，输出后的波形就会发生很大变化。

对于低通滤波器来说，方波信号经过滤波器后，上升沿变缓。

变缓的原因在于输入方波信号中的高频成分被大大衰减了。

1.6电容模型

理想的电容的阻抗如下所示：

ω为角速度。

随着ω升高，理想电容的阻抗越小。

如果电容并联在回路中，如图所示：

图36并联在回路中的电容

随着干扰信号Vn的频率的提高，由于Zc的阻抗的降低，直接导致有内阻Rs的干扰信号在电容两端形成的压降的降低。

这就是滤波用电容起作用的机制。

实际电容的模型如下图所示：

图37实际电容的模型

其中：

L是引脚等引入的电容，这是PCB引布线及电容引脚引入的电感量。

Rs是ESR，等效串连电阻

C是电容

RL是电容的漏电阻

由于RL非常大，一般在几百兆，可以忽略其影响。

电容的阻抗为：

Z＝Rs＋jwL＋1/（jwC）

|Z|=

公式1

由公式3可知：

当ω＝1/

，即f＝

时，电容具有最低的阻抗。

f也称为电容的谐振频率。

当ω<

1/

，电容的阻抗大于电感的阻抗，电容呈容性

当ω>

，电感的阻抗大于电容的阻抗，电容呈感性。

当电容的阻抗越小，对干扰的抑制能力就越大。

在谐振频率左右的信号具有最好的滤波效果。

以下是电容的阻抗－频率特性：

图38电容的阻抗－频率特性

随着频率的升高，电容的阻抗逐步减小；

到达谐振频率后，电容的阻抗和电感的阻抗抵消，整个电容的阻抗最小；

当频率继续增大时，电感的阻抗大于电容的阻抗，整个电容的阻抗又继续逐步上升。

因此选取电容时，应当选择要滤除的信号的频率有关。

干扰频率离谐振频率越近，电容的滤波效果就越理想。

常规根据经验选择的0.1uF的去耦电容，并不符合以上原理。

0.1uF只是一个经验值，通常不会出问题。

常用的电解电感由于寄生电感量过大，直接导致其谐振频率过低，不能用于高频滤波的场合。

因此对于所有种类的电容，常常选用陶瓷或者云母电容，主要考虑的就是寄生电感量较小的问题。

1.7电感模型

理想电感的阻抗如下所示：

ZL＝jωL

由上式可以推出：

随着ω的逐步升高，电感的阻抗也会越来越大。

因此当电感串连在回路当中时，对高频信号的阻抗非常大。

实际常用的芯片电源滤波方式，就采用电容与电感的配合。

图39电感的模型

实际电感并不是理想的，线圈本身具有电阻，同时线圈绕制时存在寄生电容。

以下是实际电感的模型：

图40实际电感模型

L为线圈的电感

R为线圈的电阻

C为线圈的寄生电容

电感的阻抗如下：

Z=

由于R很小，可以忽略。

C很小，在低频时，形成的阻抗很大，并联在电路中，对电路的阻抗产生的影响很小。

当高频时，电容形成的阻抗逐步减小，并联在回路中，使得电路的阻抗变得很小。

以下是一个电感的频率－阻抗曲线：

图41实际电感的阻抗频率特性

当超过一定频率之后，电感的阻抗逐步被并联分布电容的阻抗主导，阻抗逐步下降，高频信号在电感上产生的压降减小，从而对高频干扰信号的抑制作用减弱。

电感使用时，串连在回路中，使得干扰信号在电感上的压降非常大。

这样就避免了干扰信号叠加在回路的其他敏感的器件上。

由于电感限制了电流的突变，所以当电路急需大量电荷时，可能会因为电感引起电压的降低，这算是电感应用的副作用。

1.8电路小信号模型

对于干扰的分析，需要分析干扰信号的回路。

通常干扰信号均为高频信号。

高频信号的回路的确定可以通过以下规则确定：

⏹电流源断路

⏹电压源短路

⏹阻抗高的电路部分从电路中断开

如果具体到滤波电路，电容和电感就不能看作短路或者断路

具体使用，参考《电子电路分析》等电路分析方面的书籍。

1.9电流路径

查看以下电路：

图44L与R并联的电路

通常的设计中不会采用上图的电路。

该电路主要为了给不同频率的信号提供不同的电流回路。

不同回路的阻抗会有所差异，从而给放大电路提供不同的增益。

对于低频信号，根据分流原理，大部分电流会从低阻抗的通路流过。

由于电感L，低频时呈现低阻抗，几乎所有电流都从L流过，R几乎被短路。

对于高频信号，L表现的阻抗较大，而R的阻抗基本无多大变化。

对于高频信号，几乎大部分电流都从R通过。

以上是针对该模型的分析。

实际的PCB中电流的流动也存在这种现象。

低频信号的回流路线沿两点之间的连线进行传输

而高频信号成分的回路路线则沿着PCB走线下方的参考平面进行流动。

如下图所示：

图45电流的回流路径

因此电路设计中，满足设计中的一些准则，通过控制信号的回流路径，减少RE产生的几率。