工程師筆記--EMC問題解答（一）

問題一：安裝在塑料外殼壁上的 LED 通過 30cm 一對非屏蔽雙絞線連接到電路板，LED 驅(qū)動器產(chǎn)生單端 3.3V 50MHz PWM 信號，此時輻射發(fā)射超出250MHz時的標(biāo)準值近50dB。以下哪種“措施”可能會使產(chǎn)品符合要求？

a. 增加轉(zhuǎn)換時間

b. 將鐵氧體磁珠放在兩根導(dǎo)線上

c. 將鐵氧體磁芯放在雙絞線上

d. 用同軸電纜替換雙絞線對

答:最佳答案是“d”。

本例中輻射的主要來源是電路板上的不平衡驅(qū)動器驅(qū)動平衡電纜。雙絞線相對于電路板地平面，會產(chǎn)生一個共模電壓。用同軸電纜替代雙絞線可以保持從源頭一直到LED的不平衡，并且對于電路板地平面沒有共模電壓。

由于輻射超標(biāo)發(fā)生在5次諧波處，因此答案a增加轉(zhuǎn)換時間對250MHz處的信號幅度影響不大。信號線上的鐵氧體磁珠可能會在250MHz時提供一些電阻，但任何提供50dB衰減的電阻肯定會阻止LED亮起。

電路板附近線對上的鐵氧體磁芯會抑制諧振并降低共模電流；但是，50dB的衰減在250 MHz時需要的共模電阻太大，沒有合適的鐵氧體磁芯。

在提供的選擇中，同軸電纜是唯一可行的選項。另一種選擇是屏蔽雙絞線，這不會阻止共模電壓驅(qū)動雙絞線，但它會將共模電流返回到電纜屏蔽內(nèi)側(cè)的電路板，從而防止輻射發(fā)射。在許多情況下，最好的選擇是以低得多的頻率驅(qū)動LED，如果頻率為幾百赫茲，則驅(qū)動電纜的共模電壓將無關(guān)緊要。

注意：安裝在塑料外殼壁上的LED是平衡的，會產(chǎn)生共模電壓，但是由于LED體積很小，相對于電纜驅(qū)動LED的共模電壓可以忽略不計。

問題二：在高頻下，金屬表面上方哪個場量的大小約等于表面電流密度？

a. 磁場

b. 切向電場

c. 法向電場

d. 總電場

答：最佳答案是“a”。

在良導(dǎo)體的邊界處，切向磁場垂直于表面電流，具有相同的大小。磁場的正常分量為零，切向電場也為零。

電場的法向分量與表面電流有關(guān)。|εE|等于電荷密度，電流的大小是電荷密度乘以頻率。但是，場強不等于電流密度。事實上，消除選項（b）、（c）和（d）的一種方法是認識到電場強度（V/m）的單位與表面電流密度（A/m）的單位不同。

注意：金屬表面的不連續(xù)性會改變表面電流的方向，從而在不連續(xù)性處產(chǎn)生高電流密度。磁場探頭可用于檢測電流密度中的尖峰，從而發(fā)現(xiàn)損害外殼屏蔽完整性的縫隙。

問題三：100 MHz頻率的電磁波通過5mm厚度，相對介電常數(shù)εr = 8的透明玻璃，請問玻璃的屏蔽效能為多少？

a. 0 dB

b. -3 dB

c. 3 dB

d. 6 dB

答: 最佳答案是“a”。

相對于四分之一波長的薄玻璃板幾乎不會產(chǎn)生衰減。沒有吸收損失，因為玻璃是一種非常差的導(dǎo)體。正面的反射系數(shù)約為0.5，背面的反射系數(shù)約為-0.5。對于薄玻璃板，這些貢獻被取消。

請注意，在 5.3GHz 時，5mm玻璃板的厚度為四分之一波長。在此頻率下，第一次反射和第二次反射的貢獻抵消，屏蔽效果峰值約為4 dB。

問題四：如果將10MHz的梯形波信號的上升時間 Tr 從1ns降到5ns，那么頻率320MHz以上諧波的最大振幅可降低多少？

a. 0 dB

b. 5 dB

c. 7 dB

d. 14 dB

答：最佳答案是“d”。

梯形波諧波在1/πτ后，以20dB/十倍頻程的速率下降，直到達到轉(zhuǎn)換時間截止頻率1/πtr. 對于1ns的轉(zhuǎn)換時間，截止頻率為318MHz。對于5ns轉(zhuǎn)換時間，截止頻率為64MHz。已知高于兩個波形截止頻率的最大值（此處對應(yīng)318MHz），對應(yīng)的諧波幅度為二者轉(zhuǎn)換時間的比值。此例中，這是 Tr比值為5，換算成對數(shù)形式 20log5 = 14 dB。

默認情況下，大多數(shù)數(shù)字信號源將在不到1ns的時間內(nèi)轉(zhuǎn)換。控制這些信號的轉(zhuǎn)換時間以減少高次諧波中的幅度通常很重要，同時最大限度地減少與太快的躍遷產(chǎn)生的串?dāng)_和輻射發(fā)射問題。

請注意，高于截止頻率的每個諧波的幅度不會恰好下降14dB，它是包絡(luò)（最大振幅）下降14dB。轉(zhuǎn)換時間的變化會改變零點在諧波中的位置，這將增加一些高次諧波的振幅并降低其他高次諧波的振幅，但是所有諧波的振幅都等于或低于包絡(luò)。

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