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连载 | 村田静噪小课堂 : 噪声问题复杂化的因素[九]

时间：2021-11-29 16:29:34
关键字： 噪声   
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[导读]同学们,《静噪基础课程》本期继续开讲！上一章介绍的是产生电磁噪声的机制本节为你详细介绍噪声的传导和反射第3 章  噪声 问题复杂 化 的因素   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第3章噪声问题复杂化的因素3-1.简介3-2.谐振和阻尼3-3.噪声的传导和反...

同学们,


《静噪基础课程》本期继续开讲！


上一章介绍的是


产生电磁噪声的机制


本节为你详细介绍噪声的传导和反射




第 3 章
噪 声 问 题 复 杂 化 的 因 素




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


第3章 噪声问题复杂化的因素


3-1.简介


3-2.谐振和阻尼


3-3.噪声的传导和反射


  • 3-3-1. 数字信号对脉冲波形的影响


  • 3-3-2. 特性阻抗和反射


  • 3-3-3. 数字电路阻抗匹配


  • 3-3-4. 驻波


  • 3-3-5. 阻抗因传输线路而变化


  • 3-3-6. 多重反射导致的谐振


  • 3-3-7. 数字信号的终止


  • 3-3-8. 对EMC措施的影响


  • 3-3-9. 如何防止噪声传导


  • 3-3-10. S参数


3-4.源阻抗


3-5.小结


3-3噪声传导和反射



3-3-9. 如何防止噪声传导


‍‍‍‍‍‍‍‍‍(1) 阻抗失配可防止噪声传导




实现阻抗匹配并不总是能带来理想的结果。如果要防止噪声传导（而不是传输信号），就需要避免匹配阻抗。




如章节2-1所示，除了充分了解电子设备噪声发射机制以外，可以认为从噪声源到天线之间建立了噪声传输路径（如图3-3-25所示）。





图3-3-25 噪声反射和衰减


在这种情况下，如果阻抗已经完全匹配，噪声可能被传导至天线并造成很强的发射。



(2) 去耦电容器导致阻抗失配



为防止噪声传导，传输线两侧的反射都应当增强，使噪声无法传导。在此期间，使用去耦电容器或电感器等元件显著改变阻抗，从而增加反射。




也可以加剧传输路径的衰减。如果要增强衰减，就需要吸收能量。这就是需要使用EMC措施相关元件发挥噪声吸收作用的原因。可使用具有电阻阻抗的铁氧体磁珠。



尽管图3-3-25仅涉及了针对所有元件的噪声传输路径，但实际上它是很多传输路径的结合。例如，如果从接口电缆发射数字IC电源噪声，则可以认为具体情况会如图3-3-26所示（作为示例）。可以通过对传输路径按类型分解来应用图3-3-25所示的噪声反射和衰减。




图3-3-26 已分解噪声传输路径的示例




3-3-10. S参数


(1) EMC措施相关元件的性能可通过S参数来表示




尽管噪声传输路径中所使用EMC措施相关元件的效果一般可通过插损来表示，但还会使用S参数进行更准确的表示。




S参数方法是表示使用上述电波反射概念的电路特征的方式。因为S参数能够表示元件在高频范围内的性能，所以常用于高频电路。



(2) 插损特性可被S参数取代



在通过S参数表示EMC措施相关元件时，表示降噪性能的插损可由S参数传输系数所取代。其前提是电路为线性运行，且要使用在50Ω系统上测得的S参数。



(3) 传输系数和反射系数



如图3-3-27所示从左侧和右侧输入电波可得到传输系数和反射系数，这两个系数可用来表示具有一个输入终端和一个输出端子（也称为“端口”）的元件的S参数。图3-3-25中所解释的元件内部衰减是传输部分和反射部分消减的输入能量值。




图3-3-27 S参数（针对两端口元件）



(4) 通过数据表来表示



由于S参数一般随着频率变化而改变，因此针对每个频率以表格的形式提供了相应的S参数值。图3-3-28作为关于S参数的一个例子，提供了针对三终端EMC措施相关元件NFE61PT102的S参数。




图3-3-28 S参数的示例（NFE61PT102）




这个EMC措施相关元件内部具有较大的衰减。左图为S参数表。如表中所示，每个端口的反射系数和传输系数都通过大小和相位来表示。（在某些情况下，它们会通过实数和虚数来表示，或者大小可能以dB为单位。）
(5) 频率特征图



右图将传输系数S21和反射系数S11表示为频率特征。在低频范围内传输系数S21很大，在10MHz以上却非常小。这一特征表示从左侧进入和传输到右侧的噪声比，其值越小表明降噪能力越好。如要将其转换为插损，数值大小需要转换为以dB为单位（不带负号）。




在1MHz到1GHz频率范围内，反射系数S11约为0.2到0.6。此特征表示当噪声从左侧进入时回到噪声源的反射比。据此可以发现，此元件具有较小的反射，且不那么可能由于多重反射导致问题。



(6) 用S参数表示特征的好处



在使用S参数表示EMC措施相关元件时，不仅可以表示出主要的降噪效果（传输系数），而且可以表示出反射到噪声源侧的效果，从而可以考察多重反射导致的次要影响。从这个角度来看，S参数比插损的表示更准确。




当测量系统的阻抗改变时，S参数也会随之变化。通常是在50Ω系统中测量的。为准确估计降噪效果，需要根据连接实际元件位置处的阻抗通过转换进行阐释。电路模拟装置通常都具备这样的功能。




除了图3-3-28(b)中的图之外，S参数也可如图3-3-4(c)所示在史密斯图上进行绘制。




3-3.噪声传导和反射 - 重点内容


√ 根据传输理论，电以波的形式进行传导和反射。


√ 线路特性阻抗和负载阻抗之间的任何偏差都会导致反射。


√ 反射导致线路上产生驻波，进而使阻抗发生变化或者产生谐振。


√ 在使导线长度为二分之一波长的频率间隔处，会反复产生谐振。


√ 可采用两种方法来停止噪声传导: 增强反射和内部衰减。


√ 元件特征可通过S参数表示。







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