【EMC基礎篇②】噪聲的根源和種類,追蹤看不見的噪聲
發布時間:2022-10-12 來源:TDK 責任編輯:wenwei
【導讀】無現金支付 (手機支付)、可優化暖氣和照明等耗電量的智能家居、電動汽車和自動駕駛技術、搭載AI畫麵識別技術的自動安檢設備和機器人——我wo們men周zhou圍wei的de環huan境jing正zheng發fa生sheng急ji速su的de變bian化hua。為wei這zhe些xie技ji術shu提ti供gong支zhi持chi的de正zheng是shi大da量liang的de電dian信xin號hao傳chuan導dao。今jin後hou預yu計ji還hai會hui不bu斷duan出chu現xian各ge種zhong先xian進jin技ji術shu,電dian信xin號hao的de傳chuan導dao也ye需xu要yao達da到dao與yu之zhi相xiang符fu的de高gao速su大da容rong量liang。而er且qie,這zhe些xie信xin號hao還hai必bi須xu保bao證zheng高gao安an全quan性xing和he可ke靠kao性xing。
實際上,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。
我們周圍的電氣電子設備多少都算是噪聲的產生源,看不見的噪聲與熱量有類似之處。眾所周知,熱的移動分為傳導、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,輻射熱屬於電磁波 (紅外線),即使真空也無法阻斷。因此,杯子裏麵會鍍上銀膽,反射紅外線,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。傳導噪聲通過電源線、信號線、印刷電路板的電路等,與信號一起移動。輻射噪聲無需介質,以電磁波形式飛散。
傳(chuan)導(dao)噪(zao)聲(sheng)的(de)入(ru)侵(qin)線(xian)路(lu)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)明(ming)確(que),但(dan)和(he)信(xin)號(hao)類(lei)似(si),難(nan)以(yi)識(shi)別(bie)。電(dian)信(xin)號(hao)一(yi)般(ban)會(hui)以(yi)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)的(de)方(fang)式(shi)傳(chuan)導(dao),但(dan)噪(zao)聲(sheng)也(ye)是(shi)這(zhe)種(zhong)變(bian)化(hua)的(de)一(yi)部(bu)分(fen),會(hui)與(yu)電(dian)信(xin)號(hao)融(rong)合(he)。
電(dian)路(lu)板(ban)和(he)地(di)麵(mian)間(jian)的(de)靜(jing)電(dian)結(jie)合(he),以(yi)及(ji)線(xian)路(lu)間(jian)的(de)電(dian)磁(ci)結(jie)合(he)會(hui)成(cheng)為(wei)噪(zao)聲(sheng)的(de)傳(chuan)輸(shu)路(lu)徑(jing)。此(ci)外(wai),電(dian)路(lu)板(ban)若(ruo)直(zhi)接(jie)存(cun)在(zai)電(dian)勢(shi)差(cha),就(jiu)會(hui)形(xing)成(cheng)大(da)型(xing)的(de)電(dian)流(liu)循(xun)環(huan),成(cheng)為(wei)噪(zao)聲(sheng)傳(chuan)輸(shu)路(lu)徑(jing)。並(bing)且(qie),傳(chuan)導(dao)噪(zao)聲(sheng)還(hai)會(hui)變(bian)為(wei)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng),輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)也(ye)會(hui)變(bian)為(wei)傳(chuan)導(dao)噪(zao)聲(sheng)。
輻fu射she噪zao聲sheng比bi傳chuan導dao噪zao聲sheng還hai要yao令ling人ren難nan以yi捉zhuo摸mo。即ji使shi沒mei有you線xian纜lan連lian接jie,輻fu射she噪zao聲sheng也ye會hui找zhao機ji會hui侵qin入ru其qi它ta電dian子zi設she備bei,係xi統tong內nei的de噪zao聲sheng會hui變bian為wei係xi統tong間jian的de噪zao聲sheng,擴kuo大da影ying響xiang範fan圍wei。在zai高gao頻pin電dian流liu的de電dian路lu中zhong,線xian路lu的de電dian感gan等deng成cheng分fen會hui產chan生sheng無wu用yong的de電dian磁ci波bo,這zhe也ye屬shu於yu噪zao聲sheng。由you於yu電dian磁ci波bo的de輻fu射she量liang與yu頻pin率lv的de平ping方fang成cheng正zheng比bi,所suo以yi時shi鍾zhong頻pin率lv高gao達daGhz的電腦等設備等成為了輻射噪聲的主要產生源之一。
上一篇推文中也提到過,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,就是為了防止無用電磁波的泄露。不過,CD和DVD的取出口、散熱通氣口、金屬板的接縫處等位置會形成“窗口”,無(wu)用(yong)電(dian)磁(ci)波(bo)會(hui)從(cong)此(ci)逃(tao)出(chu)。此(ci)外(wai),與(yu)周(zhou)圍(wei)設(she)備(bei)連(lian)接(jie)的(de)線(xian)纜(lan)哪(na)怕(pa)掉(diao)了(le)一(yi)塊(kuai)皮(pi),也(ye)會(hui)形(xing)成(cheng)天(tian)線(xian),輻(fu)射(she)無(wu)用(yong)電(dian)磁(ci)波(bo)。電(dian)信(xin)號(hao)和(he)噪(zao)聲(sheng)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)東(dong)西(xi)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)在(zai)產(chan)生(sheng)源(yuan)采(cai)取(qu)對(dui)策(ce),之(zhi)後(hou)就(jiu)無(wu)從(cong)挽(wan)救(jiu)了(le)。如(ru)果(guo)隻(zhi)是(shi)“臨陣磨槍”,反而會“賠了夫人又折兵”,讓噪聲進一步增加。
噪聲也會通過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,就會構成看不見的電容器 (浮遊容量),並(bing)產(chan)生(sheng)誘(you)導(dao)電(dian)壓(ya)。這(zhe)稱(cheng)為(wei)靜(jing)電(dian)結(jie)合(he)。高(gao)頻(pin)電(dian)流(liu)流(liu)動(dong)時(shi),其(qi)導(dao)體(ti)也(ye)會(hui)隨(sui)之(zhi)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua),造(zao)成(cheng)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)和(he)傳(chuan)導(dao)噪(zao)聲(sheng),對(dui)設(she)備(bei)造(zao)成(cheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。
電(dian)磁(ci)結(jie)合(he)是(shi)磁(ci)場(chang)引(yin)發(fa)的(de)誘(you)導(dao)現(xian)象(xiang)。交(jiao)流(liu)電(dian)路(lu)的(de)旁(pang)邊(bian)若(ruo)有(you)其(qi)它(ta)電(dian)路(lu),產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)變(bian)化(hua)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)流(liu)。這(zhe)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)法(fa)拉(la)第(di)電(dian)磁(ci)誘(you)導(dao)法(fa)則(ze)推(tui)導(dao),和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)原(yuan)理(li)。磁(ci)場(chang)的(de)時(shi)間(jian)性(xing)變(bian)動(dong)越(yue)激(ji)烈(lie)、兩個電路循環的麵積越大、兩liang個ge電dian路lu越yue接jie近jin,電dian磁ci結jie合he所suo誘you發fa的de噪zao聲sheng電dian壓ya就jiu越yue大da。連lian接jie印yin刷shua電dian路lu板ban的de導dao線xian采cai用yong雙shuang絞jiao線xian的de原yuan因yin是shi,導dao線xian產chan生sheng的de磁ci場chang影ying響xiang會hui因yin此ci被bei減jian弱ruo。雙shuang絞jiao線xian構gou成cheng的de一yi個ge個ge小xiao圈quan所suo產chan生sheng的de磁ci場chang會hui交jiao替ti地di呈cheng相xiang反fan方fang向xiang,讓rang磁ci場chang抵di消xiao,從cong而er減jian少shao輻fu射she噪zao聲sheng。
電場變化產生磁場,磁場變化產生電場
環狀電場和磁場交替連接,跨越空間的話就形成了電磁波
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複雜地交錯,線路的信號因此就能輕鬆地侵入其它線路。這稱為“串擾”,隨sui著zhe電dian子zi設she備bei的de小xiao型xing化hua,電dian路lu板ban上shang的de噪zao聲sheng問wen題ti也ye開kai始shi激ji增zeng。為wei了le減jian少shao噪zao聲sheng影ying響xiang,人ren們men常chang采cai用yong屏ping蔽bi線xian。屏ping蔽bi線xian確que實shi對dui靜jing電dian結jie合he與yu電dian磁ci結jie合he都dou有you效xiao,但dan在zai此ci之zhi前qian,需xu要yao在zai電dian路lu配pei置zhi上shang花hua費fei工gong夫fu,例li如ru讓rang電dian壓ya、電流變動大的導線遠離,讓導線交叉而不並行等。
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方案變得愈發重要了起來。那麼,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。
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