连载 | 村田静噪小课堂 : 第二章小结

第 2 章
    产 生 电 磁 噪 声 的 机 制    

第1章 为什么需要EMI静噪滤波器

第2章 产生电磁噪声的机制

2-1.简介

2-2.噪声源

2-3.数字电路产生的噪声

2-4.数字信号中的谐波

• 2-4-1. 谐波的本质

• 2-4-2. 谐波的复合波形

• 2-4-3. 谐波频率的趋势

• 2-4-4. 信号上升时间的影响

• 2-4-5. 波形占空比对谐波的影响

• 2-4-6. 电压谐波和电流谐波

• 2-4-7. 谐振产生的脉冲波形变化的影响

• 2-4-8. 通过EMI静噪滤波器消除谐波

2-5. 第二章小结

• 附录：第二章参考书目

• 下载：《数字IC电源静噪和去耦应用手册》

2-4-8. 通过EMI静噪滤波器消除谐波

(1) EMI静噪滤波器消除能够导致噪声的谐波

使用EMI静噪滤波器（如铁氧体磁珠等）可以彻底消除数字电路中不需要的谐波，从而抑制来自谐波的噪声。EMI静噪滤波器及其使用方法将在单独的章节中进一步讲述；本章仅提供一个关于其作用的示例。

尽管可以通过使用慢速IC（如前所述）或者电阻器等通用部件减缓上升时间，进而在一定程度上实现抑制谐波，但使用EMI静噪滤波器能过获得更多效果。即使信号波形看起来相同，但噪声抑制效果还是可能有10dB或更多的区别。

(2) 使用20MHz时钟脉冲信号的50MHz截止滤波器

图2-4-16显示了使用EMI静噪滤波器消除20MHz时钟脉冲发生器噪声的试验示例。

在此对比了使用三端子电容器的情形和使用截止频率为50MHz的π型滤波器（具有急剧变化的频率特征）的情形。尽管两种情况下的减噪效果都很出色，但可以发现信号波形的变化和上升时间并不一定与噪声抑制效果相符。π型滤波器似乎能够在保持脉冲式信号波形和上升时间的同时消除噪声。

图2-4-16 通过EMI静噪滤波器消除谐波的示例

(3) 示波器或频谱分析仪上的噪声看起来不一样

这是因为相对较低的频率成分在单个波形中比较显眼，而相对较高的频率成分在噪声测量中比较显眼。由于单个波形的观察结果显示了所有频率相加之后的波形，幅值较大的低次谐波会施加更强烈的影响。相反，噪声测量离散地观察每个频率，而且由于其容易由更小的天线发射，更多地受到了高（高次）频率的影响。

(4) 用于信号的EMI静噪滤波器

如果使用具有急剧频率变化特征的滤波器，就像图2-4-16所示π型EMI静噪滤波器，就能在保持信号质量的同时有效抑制噪声。

这种EMI静噪滤波器将在后续章节中进一步讲述。

√ 数字信号是由谐波组成的。

√ 数字波形是由低次谐波保持的。不需要的高次谐波容易产生噪声。

√ 上升时间显著影响着高次谐波的电平。

√ EMI静噪滤波器可以有效消除不需要的谐波。

第2章介绍电子设备的噪声源概况，特别是进一步说明由数字电路造成的噪声的机制，这种机制经常会产生问题。

本章节所述的课题关系如下:

图2-5-1 本章节的课题关系

如图2-5-2所示，有三种电子设备噪声源的案例。

1. 信号

2. 电源

3. 浪涌

图2-5-2 第2章小结

数字电路是典型的可以发射(i)和(ii)的噪声的电路。

数字电路通过各种称为谐波的频率成分而工作。此电流不仅在信号线中流动，也在电源和接地中流动。但是如图2-5-3所示，如果有任何外泄，将会变成噪声。

图2-5-3 数字电路的EMC设计

为充分利用数字电路，需要对信号和电源进行EMC设计，如图2-5-3所示。

本章说明此EMC设计所需的基本原理。

第二章[参考文献]

1. [Japanese] EMC設計技術 -基礎編，(社)エレクトロニクス実装学会, 電磁特性技術委員会編 2004

2. Introduction to Electromagnetic Compatibility Clayton，R. Paul，John Wiley & Sons Inc. 1992

3. Noise Reduction Techniques in Electronic Systems Second Edition，Henry W. Ott，John Wiley & Sons Inc. 1988

4. 数字IC电源静噪和去耦应用手册(点击下载PDF: 3.5MB) ，Murata Manufacturing Co., Ltd. Catalog C39C, 2010

5. High-Speed Digital Design: a Handbook of Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Prentice Hall PTR. 1993

6. High-Speed Signal Propagation: Advanced Black Magic，Howard Johnson, Martin Graham，Pearson Education Inc. 2003

7. [Japanese] よくわかるプリント板実装の高速・高周波対策，井上博文，日刊工業新聞社 2009