EMC-电磁兼容-电磁骚扰的耦合机理

电磁骚扰传播或耦合通常分为传导骚扰传播和辐射骚扰传播两类。

通过导体传播的电磁骚扰称为传导骚扰；通过空间传播的电磁骚扰称为辐射骚扰。

上图中的传染病模型非常相似：

骚扰单位通用分贝表示，分贝原定义为两个功率比：

通常用 dBm 表示功率的单位，dBm 即功率相对于 1mW 的值：

通过以下推导，可以看出电压是由分贝表示的(注意有一个前提条件 R1=R2)：

通常用 dBuV 表示电压的大小，dBuV 即电压相对于 1uV 的值。

电磁场的大小通常用于辐射骚扰，其单位是 V/m。通常使用的单位是dBuV/m。

• 共阻抗耦合：由两个电路通过公共阻抗耦合产生，干扰是电流i，或变化的电流di/dt。

• 容性耦合：干扰源与干扰对称之间存在分布电容，干扰量为变化电场，即变化电压du/dt。

• 感性耦合:干扰源与干扰对称之间存在互感，干扰量是变化的磁场，即变化的电流di/dt。

干扰量由两个电路通过公共阻抗耦合产生 i，或变化电流 di/dt。

当两个电路的地电流通过公共阻抗时，就会发生公共阻抗耦合。在我们的放大器中，级别和级别之间的耦合是阻力容量耦合，这是一种使用公共阻抗进行信号耦合的应用程序。在这里，上一级输出与下一级输入共享阻抗。

因为地线是信号的回流线，当两个电路共用一段地线时，它们也会相互影响。一个电路的地电位会受到另一个电路工作状态的影响，即一个电路的地电位会受到另一个电路的地电流的调制，另一个电路的信号会耦合到前一个电路。

这个问题也存在于两个共用电源的电路中。解决办法是分别为每个电路供电或添加解耦电路。

1)使两个电流电路或系统无关。信号相互独立，避免电路连接，避免电路耦合。

2)限制耦合阻抗，使耦合阻抗越低越好。当耦合阻抗趋于零时，称为电路去耦。为了减少耦合阻抗，导线电阻和导线电感必须尽可能小。

3)电路去耦：即每个不同电流电路之间只有一力连接，不可能流过电路干扰电流，从而达到电流电路之间电路去耦的目的。

4)隔离:隔离技术常用于相关系统(如信号传输设备与大功率电气设备之间率电气设备之间)。

干扰源与干扰对称之间存在分布电容，干扰量是变化电场，即变化电压 du/dt。

可采取以下措施抑制电容性干扰：

1)干扰源系统的电气参数应使电压变化范围和变化率尽可能小；

2)被干扰系统应尽可能设计为低阻；

3)两个系统的耦合部分的布可能小。例如，电线和电缆系统应尽可能大，导线应尽可能短，避免平行布线；

4)可以电气屏蔽干扰源的干扰对象。屏蔽的目的是切断干扰源导体表面与干扰对象导体表面之间的电力线路，使耦合电容最小化；

干扰源与干扰对称之间存在互感，干扰量是变化的磁场，即变化的电流 di/dt。

当信号沿传输线传输时，信号路径和返回路径之间会产生电场，信号路径和返回路径周围也会有磁场。如图所示FR4的50Ω由此可见，微带线横截面上的电力线和磁力线并不局限于微带线的正下方，而是延伸到周围空间。这些延伸场称为边缘场。

根据电磁场的基本理论，变化的电场产生感应电流，变化的磁场产生感应电压。然后，当一个网络（静态网络）布线进入另一个网络（动态网络）的边缘场时，一旦动态网络上的信号电压和电流发生变化，边缘场的变化将在静态网络上感应噪声电压或电流，这是串扰的物理根源。

这两个网络通过场互作用被称为耦合，耦合可以分为容性耦合和感性耦合，耦合电容和耦合电感分别称为互容和互感.

互容和互感都有助于串扰，但要区别对待。当返回路径为宽均匀平面时，如PCB在布线上，容性耦合和感性耦合大致相同。因此，必须考虑两个因素来准确预测耦合传输线的串扰。如果回路径不是很宽的均匀平面，如引线，虽然容性耦合和感性耦合也存在，但串扰主要来自互感。此时，如果动态网络上有一个快速变化的电流，如上升和下降，它将在静态网络上产生不可忽视的噪声。

1） 干扰源系统的电气参数应使电流变化的范围和速率尽可能小；

被干扰系统应该具有高阻抗；

2)减少两个系统的互感，使导线尽可能短，间距尽可能大，避免平行布线，采用双线结构时缩小电流电路周围的面积；

3)对干扰源或干扰对象设置磁屏蔽，以抑制干扰磁场。

4)采取平衡措施，使干扰磁场和耦合的干扰信号大多相互抵消。如果干扰电线环在干扰场中的放置方式最小（环方向与磁线平行），则耦合的干扰信号最小；此外，如果干扰源电线平衡绞合，干扰电流产生的磁场可以相互抵消。

那么，我们应该分析如何抑制高频电流环路引起的噪声源呢？高频电流环路可视为磁偶极子、磁矩、磁场强度随电流和环路面积而增加，可通过降低电流和面积来实现，

首先，我们需要找出不同拓扑的高频电流环路。如下图所示，红色环路是di/dt电流高频环路变化较大，可见BUCK输入电容和两个开关管形成的闭合环路中存在电路、电流高频环路，BOOST输出电容环路作为对偶拓扑，存在于输出电容和两个开关管中。而SEPIC电路的电流高频环路存在于开关管和两个电容形成的环路中。

开关管和连接开关管的电容形成的电路可以看到高频电流环路，因为电流变化最剧烈的电流通常在开关管之间，电流在两个开关管之间切换，而电感通常不能因为电流而突然变化，di/dt受到限制，而不是我们重点考察高频电路环路的部分。

在找到高频电流环后，我们需要抑制噪声源引起的近场磁场。最有效的方法是减少环的面积，通常电流尺寸需要满足功率输出的要求，不能随意减少。