【導讀】無(wú)現金支付 (手機支付)、可優(yōu)化暖氣和照明等耗電量的智能家居、電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛技術(shù)、搭載AI畫(huà)面識別技術(shù)的自動(dòng)安檢設備和機器人——我們周?chē)沫h(huán)境正發(fā)生急速的變化。為這些技術(shù)提供支持的正是大量的電信號傳導。今后預計還會(huì )不斷出現各種先進(jìn)技術(shù)，電信號的傳導也需要達到與之相符的高速大容量。而且，這些信號還必須保證高安全性和可靠性。
實(shí)際上，電信號和噪聲都是電磁能量，因此電子化生活越是便利，電子設備就越需要噪聲對策。
我們周?chē)碾姎怆娮釉O備多少都算是噪聲的產(chǎn)生源，看不見(jiàn)的噪聲與熱量有類(lèi)似之處。眾所周知，熱的移動(dòng)分為傳導、對流、輻射三種。保溫瓶的內部是真空的雙層構造，這是為了防止空氣的熱傳導和對流。不過(guò)，輻射熱屬于電磁波 (紅外線(xiàn))，即使真空也無(wú)法阻斷。因此，杯子里面會(huì )鍍上銀膽，反射紅外線(xiàn)，提高保溫效果。
作為電磁能量，噪聲也根據傳遞方式大致分為傳導噪聲和輻射噪聲。傳導噪聲通過(guò)電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、印刷電路板的電路等，與信號一起移動(dòng)。輻射噪聲無(wú)需介質(zhì)，以電磁波形式飛散。
傳導噪聲的入侵線(xiàn)路相對比較明確，但和信號類(lèi)似，難以識別。電信號一般會(huì )以電壓變化的方式傳導，但噪聲也是這種變化的一部分，會(huì )與電信號融合。
電路板和地面間的靜電結合，以及線(xiàn)路間的電磁結合會(huì )成為噪聲的傳輸路徑。此外，電路板若直接存在電勢差，就會(huì )形成大型的電流循環(huán)，成為噪聲傳輸路徑。并且，傳導噪聲還會(huì )變?yōu)檩椛湓肼?，輻射噪聲也?huì )變?yōu)閭鲗г肼暋?/p>
輻射噪聲比傳導噪聲還要令人難以捉摸。即使沒(méi)有線(xiàn)纜連接，輻射噪聲也會(huì )找機會(huì )侵入其它電子設備，系統內的噪聲會(huì )變?yōu)橄到y間的噪聲，擴大影響范圍。在高頻電流的電路中，線(xiàn)路的電感等成分會(huì )產(chǎn)生無(wú)用的電磁波，這也屬于噪聲。由于電磁波的輻射量與頻率的平方成正比，所以時(shí)鐘頻率高達Ghz的電腦等設備等成為了輻射噪聲的主要產(chǎn)生源之一。
上一篇推文中也提到過(guò)，噪聲對策的基本方式包括 (1) 屏蔽 (2) 反射 (3) 吸收 (4) 旁路。電腦本身包裹的金屬外殼，就是為了防止無(wú)用電磁波的泄露。不過(guò)，CD和DVD的取出口、散熱通氣口、金屬板的接縫處等位置會(huì )形成“窗口”，無(wú)用電磁波會(huì )從此逃出。此外，與周?chē)O備連接的線(xiàn)纜哪怕掉了一塊皮，也會(huì )形成天線(xiàn)，輻射無(wú)用電磁波。電信號和噪聲本質(zhì)上是相同的東西。如果沒(méi)有在產(chǎn)生源采取對策，之后就無(wú)從挽救了。如果只是“臨陣磨槍”，反而會(huì )“賠了夫人又折兵”，讓噪聲進(jìn)一步增加。
噪聲也會(huì )通過(guò)靜電結合與電磁結合的方式擴大。有電流的導體附近若存在其它導體，就會(huì )構成看不見(jiàn)的電容器 (浮游容量)，并產(chǎn)生誘導電壓。這稱(chēng)為靜電結合。高頻電流流動(dòng)時(shí)，其導體也會(huì )隨之產(chǎn)生電壓變化，造成輻射噪聲和傳導噪聲，對設備造成負面影響。
電磁結合是磁場(chǎng)引發(fā)的誘導現象。交流電路的旁邊若有其它電路，產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化就會(huì )導致電流。這可以根據法拉第電磁誘導法則推導，和變壓器是相同的原理。磁場(chǎng)的時(shí)間性變動(dòng)越激烈、兩個(gè)電路循環(huán)的面積越大、兩個(gè)電路越接近，電磁結合所誘發(fā)的噪聲電壓就越大。連接印刷電路板的導線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)的原因是，導線(xiàn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)影響會(huì )因此被減弱。雙絞線(xiàn)構成的一個(gè)個(gè)小圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì )交替地呈相反方向，讓磁場(chǎng)抵消，從而減少輻射噪聲。
電場(chǎng)變化產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電場(chǎng)
環(huán)狀電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替連接，跨越空間的話(huà)就形成了電磁波
在電路元件高度集成的電子設備中，靜電結合和電磁結合會(huì )復雜地交錯，線(xiàn)路的信號因此就能輕松地侵入其它線(xiàn)路。這稱(chēng)為“串擾”，隨著(zhù)電子設備的小型化，電路板上的噪聲問(wèn)題也開(kāi)始激增。為了減少噪聲影響，人們常采用屏蔽線(xiàn)。屏蔽線(xiàn)確實(shí)對靜電結合與電磁結合都有效，但在此之前，需要在電路配置上花費工夫，例如讓電壓、電流變動(dòng)大的導線(xiàn)遠離，讓導線(xiàn)交叉而不并行等。
電子設備是不可能根除噪聲的。正因如此，兼顧生成噪聲和侵入噪聲對策的EMC方案變得愈發(fā)重要了起來(lái)。那么，噪聲的模式與行為有哪些？為何Earth與Ground的區別很重要？我們將在下一篇推文中繼續講解。
來(lái)源：TDK
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