PCB的辐射

除了保证一个可靠的工作电路，PCB的电磁兼容设计的主要目的就是减小线路板的电磁辐射，保证设备满足相关标准。由于一个电路的电磁辐射效率高，其接收效率也高。因此，在设计中抑制线路板的电磁辐射，也相应地提高了线路板的抗干扰能力。

线路板的辐射主要产生于PCB走线和“I／O”电缆。前面介绍了共模和差模电流，从这两种电流的模式出发，可把辐射分为差模辐射和共模辐射两种。

· 差模辐射：电路工作电流在信号环路中流动会产生电磁辐射。而流动的电流是差模,因此产生的辐射称为差模辐射；

· 共模辐射：当传输信号的导体的电位与邻近导体的电位不同时，相互之间就会产生电流。即使没有任何导体连接，高频电流也会通过寄生电容流动。这种电流称为共模电流，其产生的辐射称为共模辐射。

电缆的辐射主要以共模辐射为主。用电流环路模型来分析差模辐射，可分别得出近场区域和远场区域的辐射电磁场。

式中，I为环路电流；A为环路面积；D为观测点到环路的距离；Zo为自由空间的阻抗；λ为电流频率所对应的波长。

同理分析共模辐射，分别得出近场区域和远场区域的辐射电磁场。

式中，I为环路电流；L为导线长度；D为观测点到环路的距离；Zo为自由空间的阻抗；λ为电流频率所对应的波长。

公式中的电流为共模电流。与前面差模电流不同的是，共模电流的实际值很难预先估算出来。

以上介绍的辐射并不完全符合实际应用电路的情况，因为公式的推导都假设在单根导线模型中，电路阻抗在近场为无限大，并且在电流环路模型中，电路是短路的。在实际电路中，电路不是理想的环路，也不是完全开路的导线。因此，利用理想模型进行辐射估计，会在近场出现较大的误差。为了修正实际与理想模型所带来的误差，下面分别给出近场和远场的修正导线计算模型：

同时，远场的辐射与电路的阻抗无关。各种数量关系如图所示。

图 实际辐射电路简化图

另外，在电磁兼容标准中，通常使用电场强度来表征辐射的强度。实际中只要对电场强度作出规范的限制，即可使电路达到电磁兼容的标准。这里，最常用的公式是差模辐射预测公式，用于预测电路的差模辐射是否会导致辐射超过电磁兼容标准。

E=2.6IAf2/D(μV/m) (2－16)

由上面的公式可知，直接得出减小差模辐射就是控制差模电流I、频率f或环路面积A。使用低功耗的芯片，利用缓冲器都可以减小差模电流I；使用低速芯片，降低电路的频率可以减小f.但这两种方法在实践中都有一定的局限性。剩下的而且是最现实的手段就是控制信号的环路面积。这要求设计者在选用芯片时尽量选用大规模集成电路，采用表面安装工艺制造的芯片，不使用安装座等；另一方面，在线路板布线时，尽量控制信号回路的面积。

最常用共模辐射预测公式为

E=1.26ILf/D (2－17)

同理可知，只要控制以上公式的3个参量，即可达到减小共模辐射的标准。可以采用共模扼流圈，在共模电压一定的情况下，增加共模电流流动路径的阻抗；或在满足使用要求的前提下，尽量缩短电缆。