当前位置: 测量装置 >> 测量装置前景 >> 电路板PCB中的电场源与磁场源及相互关系
首先来断定电流与辐射场间的关联,咱们能够经过电流源的散布并领会它是何如影响发射的记号的。同时记号强度跟着与记号源间隔的增大而降落。
时变电流以两种形势存在:
磁场源(并拢回路-环路天线)
电场源(单偶极子天线)
为了能够更详细地协商这两种形势,咱们首先来注解磁场源。
假如一个回路中包罗有一个记号源(晶振时钟)以及一个记号回路如图1所示。能够看到这个电路中电流沿一个并拢回路崎岖。咱们还能够经过运用仿真软件对记号走线停止建模,而后对形成的辐射场停止评价。这个回路形成的场是一个由四个变量构成的函数,其差模辐射的计较公式以下:
E=2.6×f2×I×A/D
差模辐射表白式中,E为电场强度,单元为(uV/m);I为办事回路电流强度,单元为(A);A为环路面积,单元为(cm2);f为记号的频次,单元为(MHz);D为检察点到辐射源的间隔,单元为(m)。
1)回路中的电流幅度。所形成的场是与记号走线中的电流成比例的。
2)源回路天线的方位性与衡量安装的关联。假如衡量天线也是一个回路,那末一个记号为了能被衡量或检察,源电流回路的极化与衡量安装的极化必需相般配。假如衡量天线是一个偶极子天线,那末他们必需应是类似的极化方位而不是订交织的。好比,一个回路天线是程度极化,那末源电流回路的极化也必要是程度的。假如衡量天线是偶极子天线,那末源电流回路应是笔直极化的。
3)回路的尺寸。假如回路的电气尺寸很小-远小于所形成记号的波长,那末场的强度将与回路的面积成比例。回路面积越大,在天线末端所检察到的频次越低。对某一特定的物理尺寸,天线将会对该特定频次产生谐振。
4)间隔。场强降落的速度与场源和天线之间的间隔相干。其它,这个间隔也决计了形成的场是电场依旧磁场。当天线与回路源在电气标准上很亲近的时刻,磁场强度将按与间隔的平方成正比降落。当间隔在电气标准上很远时,咱们则能够检察到电磁场的平面波。这个平面波强度随间隔的添加而降落。电场矢量和磁场矢量接壤的点呈目前距场源约莫1/6波长的场所,即λ/2π处,在这一点上的波长即是光速除以频次。应用公式能够简化为λ=/f,式中λ是波长,单元是m,f是频次,单元是MHz。这个1/6波长的间隔能够做为一个点源,这是在EMI中时时假如的,对更大一些的天线这个间隔或许会更远一些。
图1环路磁场的射频发射
相干于并拢回路的磁场源,电场源能够历时变的电偶极子模子来表示。也便是一双时变的极性相悖的点电荷,互相别离,但相隔极近。偶极子的端点包罗电荷的变动。电荷的这类变动由顺着偶极子长度的电流的崎岖来达成。如图2所示,咱们能够用一个启动无末端天线的震撼器输出来代表电场源。
图2偶极子天线的电场源发射
在咱们的假如中,长尺寸导体在一切的点有一样的电压,而且电路在一切的点上都是刹时均衡的。由电场源形成的场有4个可变量。其共模辐射的计较公式以下:
E=1.26×f×I×L/D
共模辐射表白式中,E为电场强度,单元为(uV/m);I为电缆中的由于共模电压启动而形成的共模电流强度,单元为(uA);L为电缆的长度,单元为(m);f为记号的频次,单元为(MHz);D为检察点到辐射源的间隔,单元为(m)。
1)回路中的电流幅度。所形成的场与偶极子中的电流成正比。
2)偶极子的方位与衡量安装的关联。这个与上头议论的磁场源的题目是一致的。
3)偶极子的尺寸。场的巨细是与电流长度成正比。这个论断是在走线的长度远小于波永劫是创建的。偶极子越大,在天线结尾检察到的频次越低。对某一特定物理尺寸,天线将在必要特定频次上产生谐振。
4)间隔。电场与磁场是彼此接洽的。场的强度跟着间隔的增大而消沉。在远场上,处境同回路场源宛如。当咱们凑近点场源时,电场和磁场强度随间隔的变动更为飞快。
近场与远场在如图3所示中给出了示妄念。一切的波都由电场与磁场共通构成的。咱们称这类电场与磁场组合为坡印亭-Poynting矢量,没有自力的电波或独自的磁波。咱们之因而看到平面波是由于关于一个小的天线,离开场源几个波长后,波前看起来形似于平面。这类局面源于从天线端检察到的物理概括-就貌似在水池中离开核心点必要间隔的涟漪。场从源点以光速向外扩大,光速C=1/squr(μ0ε0)=3×m/S。个中μ0=4π×10-7H/m,ε0=8.85×10-12F/m。电场部份以V/m为单元衡量,磁场部份的单元是A/m,电场(E)与磁场(H)的比界说为空间的阻抗。这边须要要点指出的是平面波的波阻抗Z0或许说自如空间的特征阻抗是与场源的间隔无关的,也是与场源的特征无关。关于平面波:
图3波阻抗与离开波源间隔关联
Z0=E/H=(μ0/ε0)1/2代入μ0=4π×10-7H/m,ε0=8.85×10-12F/m=π≈Ω
这时检察到的波前所带领的能量单元为W/m2。关于大大都的麦克斯韦方程的应用来讲,噪声耦合方法能够用等效元件模子来表示。好比,两个导体之间时变电场能够由一个电容来表示。一样在这两个导体之间的时变磁场能够由互感来表示。
为了使这些噪声耦合模子有用,云云回路的物理尺寸和记号波长比拟必须要小。当模子并非真实有用的时刻,出于底下的缘故,咱们仍旧能够运用集总元件表示的办法来注解相干的EMC局面:
1)由于有着繁杂的界限前提,麦克斯韦方程并不能直接合用于现实处境。假如对这类集总模子的形似有用没有充实的信念,那末这类模子便是失效的。
2)数值模子并不能够呈现系统参数与噪声的关联。尽管有的模子或许给出注解,然则系统的参数并不能知道地获知,区别或呈现出来。
为甚么麦克斯韦方程的理论以及对它的协商关于PCB的计较和布线是相当紧急的呢?咱们必需理解场是何如形成的以便减小这些在PCB中形成的射频场。这类缩小紧要在于缩小回路中射频电流的数目。回路中的射频电流直接与记号分派网络的旁路和去耦相干。射频电流基础上是由时钟以及数字记号的谐波形成。记号散布网络理当尽或许的小,以便最大限度减小电流回路的面积。旁路以及去耦关联到电流流向,必需经过一个能量分派网络完结。凭借界说,这个网络是一个面积很大的电流回路。除了回路的面积必需减小外,无末端传输线和过电压形成的电场也必需只管减小。电场能够经过接合适的末端,接地,滤波以及屏障来减小。
将麦克斯韦方程简化,把它和欧姆定律接洽起来。
欧姆定律在时域上V=I×R;欧姆定律在频域上Vrf=Irf×Z;
V是电压,I是电流,R是电阻,Z是阻抗(R+jX),参数的下标rf指的是无线频谱能量。把麦克斯韦方程的简化与欧姆定律接洽在一同,假如RF电流存在于一条PCB走线中,这条走线有静止的阻抗值,那末就会有RF电压形成,而且RF电压与RF电流成比例。
当一个元件的电阻和电抗成份是已知的,好比铁氧体磁珠、电阻器、电容器或其余一些有寄生成份的器件,其阻抗Z=(R2+jX2)1/2这个计较公式是可用的,自然要思量阻抗的绝对值随频次的变动。对高于几KHz的频次,时时处境下感抗的值会显然超出电阻R的值。在有些处境下这或许不会产生。但电流会顺着阻抗最小的门路崎岖,在低于几KHz的频次时,最低阻抗门路是电阻最小的门路。高于几KHz时,电抗最小的门路则起主宰影响。由于大部份电路在高于几KHz的频次下办事,是以,关于在传输线组织里,觉得电流抉择电阻最低的门路崎岖是一个不大准确的观念。
是以关于电流在10KHz以上的导线,电流老是抉择阻抗最低的门路崎岖,这时阻抗是与电抗最低门路的阻抗是等价的。假如毗连到导线、电缆、走线的负载比传输线的并联电容大很多,电感性则成为主宰成分。假如线导体形似有类似的截面形态,那末最小电感门路便是环路面积最小的一个。每一个门路都有一个有限的阻抗值。走线的自感可是PCB中RF能量形成的缘故之一。
留心:关于毗连器件的硅片及其响应的毗连线或许充实长,致使形成RF的潜在或许性。电路板上所布走线的自感系数或许较高,尤为是电气尺寸较长的走线。电气尺寸较长的走线是指那些物理尺寸对比长,及至于在时域中检察时,走线上往返流传的延时记号不才一个边际触发事故产生前还没有返回到启动源。从频域上看,电气尺寸较大的传输线是指其长度超出走线中传输的记号的波长约为1/10。假如形成RF电压经过一个阻抗,咱们
转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkcf/974.html