PCB的輻射

　　除了保證一個(gè)可靠的工作電路，PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)的主要目的就是減小線路板的電磁輻射，保證設(shè)備滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。由于一個(gè)電路的電磁輻射效率高，其接收效率也高。因此，在設(shè)計(jì)中抑制線路板的電磁輻射，也相應(yīng)地提高了線路板的抗干擾能力。

　　線路板的輻射主要產(chǎn)生于PCB走線和“I／O”電纜。前面介紹了共模和差模電流，從這兩種電流的模式出發(fā)，可把輻射分為差模輻射和共模輻射兩種。

　　· 差模輻射：電路工作電流在信號環(huán)路中流動(dòng)會產(chǎn)生電磁輻射。而流動(dòng)的電流是差模，因此產(chǎn)生的輻射稱為差模輻射；

　　· 共模輻射：當(dāng)傳輸信號的導(dǎo)體的電位與鄰近導(dǎo)體的電位不同時(shí)，相互之間就會產(chǎn)生電流。即使沒有任何導(dǎo)體連接，高頻電流也會通過寄生電容流動(dòng)。這種電流稱為共模電流，其產(chǎn)生的輻射稱為共模輻射。

　　電纜的輻射主要以共模輻射為主。用電流環(huán)路模型來分析差模輻射，可分別得出近場區(qū)域和遠(yuǎn)場區(qū)域的輻射電磁場。

　　式中，I為環(huán)路電流；A為環(huán)路面積；D為觀測點(diǎn)到環(huán)路的距離；Zo為自由空間的阻抗；λ為電流頻率所對應(yīng)的波長。

　　同理分析共模輻射，分別得出近場區(qū)域和遠(yuǎn)場區(qū)域的輻射電磁場。

　　式中，I為環(huán)路電流；L為導(dǎo)線長度；D為觀測點(diǎn)到環(huán)路的距離；Zo為自由空間的阻抗；λ為電流頻率所對應(yīng)的波長。

　　公式中的電流為共模電流。與前面差模電流不同的是，共模電流的實(shí)際值很難預(yù)先估算出來。

　　以上介紹的輻射并不完全符合實(shí)際應(yīng)用電路的情況，因?yàn)楣降耐茖?dǎo)都假設(shè)在單根導(dǎo)線模型中，電路阻抗在近場為無限大，并且在電流環(huán)路模型中，電路是短路的。在實(shí)際電路中，電路不是理想的環(huán)路，也不是完全開路的導(dǎo)線。因此，利用理想模型進(jìn)行輻射估計(jì)，會在近場出現(xiàn)較大的誤差。為了修正實(shí)際與理想模型所帶來的誤差，下面分別給出近場和遠(yuǎn)場的修正導(dǎo)線計(jì)算模型：

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　　式中，V為源的電壓；A為環(huán)路面積；f為電流的頻率；D為觀測點(diǎn)到電路的距離。

　　同時(shí)，遠(yuǎn)場的輻射與電路的阻抗無關(guān)。各種數(shù)量關(guān)系如圖所示。

　　圖 實(shí)際輻射電路簡化圖

　　另外，在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中，通常使用電場強(qiáng)度來表征輻射的強(qiáng)度。實(shí)際中只要對電場強(qiáng)度作出規(guī)范的限制，即可使電路達(dá)到電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)。這里，常用的公式是差模輻射預(yù)測公式，用于預(yù)測電路的差模輻射是否會導(dǎo)致輻射超過電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。

　　E=2.6IAf2/D（μV/m） （2－16）

　　由上面的公式可知，直接得出減小差模輻射就是控制差模電流I、頻率f或環(huán)路面積A。使用低功耗的芯片，利用緩沖器都可以減小差模電流I；使用低速芯片，降低電路的頻率可以減小f.但這兩種方法在實(shí)踐中都有一定的局限性。剩下的而且是現(xiàn)實(shí)的手段就是控制信號的環(huán)路面積。這要求設(shè)計(jì)者在選用芯片時(shí)盡量選用大規(guī)模集成電路，采用表面安裝工藝制造的芯片，不使用安裝座等；另一方面，在線路板布線時(shí)，盡量控制信號回路的面積。

　　常用共模輻射預(yù)測公式為

　　E=1.26ILf/D （2－17）

　　同理可知，只要控制以上公式的3個(gè)參量，即可達(dá)到減小共模輻射的標(biāo)準(zhǔn)?？梢圆捎霉材６罅魅?，在共模電壓一定的情況下，增加共模電流流動(dòng)路徑的阻抗；或在滿足使用要求的前提下，盡量縮短電纜。