連載?|?村田靜噪小課堂?:?噪聲問題復(fù)雜化的因素[一]

時間：2021-10-12 15:25:47

關(guān)鍵字：噪聲

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[導(dǎo)讀]同學(xué)們,《靜噪基礎(chǔ)課程》本期繼續(xù)開講！上一章介紹的是產(chǎn)生電磁噪聲的機制那么，有哪些因素會使噪聲問題復(fù)雜化呢？第3?章??噪聲?問題復(fù)雜?化?的因素???第1章為什么需要EMI靜噪濾波器第2章產(chǎn)生電磁噪聲的機制第3章噪聲問題復(fù)雜化的因素3-1.簡介3-2.諧振和阻尼3-2-1.并聯(lián)...

同學(xué)們,

《靜噪基礎(chǔ)課程》本期繼續(xù)開講！

上一章介紹的是

產(chǎn)生電磁噪聲的機制

那么，有哪些因素會使噪聲問題復(fù)雜化呢？

第 3 章
噪聲問題復(fù) 雜化的因素

第1章為什么需要EMI靜噪濾波器

第2章產(chǎn)生電磁噪聲的機制

第3章噪聲問題復(fù)雜化的因素

3-1.簡介

3-2.諧振和阻尼

3-2-1. 并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振
3-2-2. 關(guān)于諧振電路EMC措施的問題
3-2-3. 數(shù)字電路連接至諧振電路時
3-2-4. 無電感器或電容器的情況下產(chǎn)生諧振的示例
3-2-5. 電阻器及鐵氧體磁珠的阻尼作用
3-2-6. 數(shù)字信號的阻尼

3-3.噪聲的傳導(dǎo)和反射

3-4.源阻抗

3-5.小結(jié)

3-1簡介

第2章介紹了產(chǎn)生電磁噪聲的機制，并特別詳細(xì)地介紹了數(shù)字電路中產(chǎn)生的噪聲。

要應(yīng)對電子設(shè)備噪聲干擾，不僅需要了解噪聲源，還必須知曉傳輸路徑和天線的特征。本章節(jié)詳細(xì)介紹了其中的傳輸路徑。

在此之前，已經(jīng)通過較為簡單的表述解釋了噪聲的產(chǎn)生（諧波除外）。但是，在解釋噪聲傳輸和發(fā)射的機制時，會提及傳輸理論、電磁學(xué)和天線理論中使用的術(shù)語（如圖3-1-1所示）。如果不理解這些術(shù)語，就無法處理噪聲問題。

圖3-1-1 第3章將要介紹的內(nèi)容

因此，本章節(jié)將（盡量使用較少的公式）解釋這些術(shù)語，并介紹關(guān)于噪聲的重要課題，如諧振和阻尼、噪聲傳導(dǎo)和反射以及源阻抗。

3-2諧振和阻尼

在產(chǎn)生噪聲或接收到噪聲感應(yīng)時，諧振是一個重要因素。
如果電路中包含意外建立的諧振電路，則會在諧振頻率處產(chǎn)生非常大的電流或電壓，更易產(chǎn)生噪聲干擾。盡可能消除電路中的諧振是很重要的。如果要抑制諧振，需使用阻尼電阻器。
本章節(jié)將介紹諧振和阻尼電阻器。

3-2-1. 并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振

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(1) LC諧振電路

諧振指的是電路中的感應(yīng)電抗和電容電抗在特定頻率處相互抵消，這個特定頻率就叫做“諧振頻率”。

盡管能產(chǎn)生電抗（阻抗的虛數(shù)分量）的典型元件是電感器 (線圈) 和電容器，但任何其他元件，甚至連簡單的導(dǎo)線都可以是產(chǎn)生諧振的要素，因為它們?nèi)跃哂蟹浅Ｐ〉碾娍埂?/span>

（盡管除上述元件之外，天線、平行板、傳輸路徑等也可能導(dǎo)致與EMC相關(guān)的諧振，但此處我們只著重于電感器和電容器產(chǎn)生的LC諧振。）

(2) 諧振電路的阻抗

如圖3-2-1所示，諧振電路分兩種: 串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。根據(jù)圖3-2-2中的計算示例，串聯(lián)諧振使阻抗降至較低值（理論上為零），而并聯(lián)諧振使阻抗升到超高值（理論上為無窮大）。

圖3-2-1 串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振

圖3-2-2 諧振電路的阻抗（該圖表示電抗在數(shù)軸上的大?。?/span>

(3) 電抗抵消為零

如圖3-2-3所示，電感器電抗和電容器電抗的量值在諧振頻率處變?yōu)橄嗟?，兩者相互抵消，最終相加之和為零。

圖3-2-3 串聯(lián)諧振使阻抗降至較低值的機制

圖3-2-3解釋了串聯(lián)諧振的情形；如果是并聯(lián)諧振，則將電抗替換為電納（導(dǎo)納的虛數(shù)成分），會出現(xiàn)電納在諧振頻率處被抵消為零。因此，阻抗升到超高值，這很容易理解。

(4) 諧振頻率

無論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振，都可以通過以下公式估算出諧振頻率?0。在圖3-2-2的示例中，?0約為50MHz。

公式3-2-1

(5) 諧振Q

諧振強度可通過指數(shù)Q（質(zhì)量因子）來表示。Q越高表示諧振越強。指數(shù)Q也是用作表示電容器和電感器性能的指數(shù)。存在這樣一種關(guān)系: 當(dāng)使用Q值較大的電容器或電感器時，所建立諧振電路的Q值也較大。

如何估算Q值將在章節(jié)3-2-5中作解釋。

(6) 電容器和電感器的自諧振

在高頻范圍內(nèi)使用電容器或電感器時，由于其固有的寄生成分，電容器或電感器本身會在特定頻率處導(dǎo)致諧振。這就叫做自諧振。

自諧振將在第6章中進一步講述。

3-2.諧振和阻尼 - 重點內(nèi)容

√ 諧振可以是串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。

√ 串聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處降到最低值（理論上為零）。

√ 并聯(lián)諧振使阻抗在諧振頻率處升到超高值（理論上為無窮大）。

√ 在諧振頻率處，由于電壓和電流極大，容易產(chǎn)生噪聲問題。

√ 阻尼電阻器及鐵氧體磁珠可用于抑制諧振。

附：第三章參考文獻(xiàn)及下載

[1] [Japanese] 電気理論（第2版），池田哲夫，森北出版 2006
[2] High-Speed Digital Design: a Handbook of Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Prentice Hall PTR, 1993
[3] High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Pearson Education, Inc. 2003
[4] [Japanese] よくわかるプリント板実裝の高速?高周波対策，井上博文，日刊工業(yè)新聞社 2009
數(shù)字IC電源靜噪和去耦應(yīng)用手冊 (點擊下載PDF: 3.5MB) ，Murata Manufacturing Co., Ltd. Catalog C39C, 2010