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高速電路之信號回流路徑分析

作者: 時間:2013-04-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

3.2 回流路徑在電路板上的分布
電流總是選擇阻抗最小的路徑通過,如何確認在參考層上的哪些地方是這些信號回流的低阻抗路徑,就和信號之間存在耦合有著直接的關(guān)系。如圖2所示,走線1上流過一個變化的電流I1,變化的電流會在走線1的周圍產(chǎn)生一個變化的磁場,這個變化的磁場會以系數(shù)k耦合到走線2上,根據(jù)楞次定律,在走線2上將產(chǎn)生一個電流,大小是kI1,方向與I1相反。耦合系數(shù)的值在0~1.0之間。k的值主要取決于:電流變化的快慢,或者說上升時間(di/dt)大小;走線之間的距離(圖中用D表示)。上升時間越短,走線之間距離越近,耦合系數(shù)越大。考慮I1是信號,I2是回流信號,此時I2=-I1,耦合信號kI1有助于回流電流的流動?;亓麟娏鱅2同樣耦合到I1,推動I1流動。所以這種信號本身與回流信號之間的相互耦合加強了或者說推動了彼此的效果??梢詮膬蓚€方面來解釋這種效果:

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/175849.htm

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(1)由于這些電流相互加強,所以只需要較小的電壓就可以推動同樣的電流在電路中流動;
(2)由于每一條走線中的電流都被加強了所以同樣的電壓可以推動更大的電流流動;
不管是哪種解釋都說明了這種類型耦合存在時,就會加強電流的流動。
信號耦合對在參考層的分布有影響,如圖3所示,它畫的是微帶線,位于參考層上方。假設(shè)只能在b點或者c點,由于b點到信號電流的距離比c點到信號電流的距離近,所以b點的耦合程度比c點耦合程度強,由于耦合變強,阻抗會減小,而電流總是選擇阻抗最小的路徑通過,所以便選擇為b點。由于a點是回流電流和信號電流距離最近的一點,就在信號線下方,因此a點存在著最大的耦合,使得a點的阻抗最小,信號回流電流便從a點流回源。所以信號的回流電流在參考層上流回源時,回流的路徑在參考層上總是趨于在信號走線的下方,因為耦合的關(guān)系使得這一點成為整個參考層上最小的阻抗路徑。由此可見返回電流是緊隨信號電流的。只要附近導體允許,返回路徑會盡量靠近信號路徑分布的。如果周圍沒有導體可以提供返回路徑,那么自由空間就成為信號的返回路徑,這就帶來了EMC問題。

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3.3 極性相反的磁場抵消使輻射減少
眾所周知,當導線上有電流流過時,導線周圍便會產(chǎn)生磁場,磁場的方向以右手定則來確定。當有兩條彼此靠近且平行的導線,如圖4所示,其中一個導體的電流向外流出,另一個導體的電流向內(nèi)流入,如果流過這兩根導線的電流分別是信號電流和它的回流電流,那么這兩個電流是大小相等方向相反的,所以它們的磁場也是大小相等,而方向是相反的。假設(shè)人們站在圖的左邊,有一根導線就會離人們比較近,因此它的EMI輻射就比另外一根導線要強,在合適的條件下這種輻射是很嚴重的。但是如果這兩根導線不斷的靠近,那么在左側(cè)會觀察到它們對外的輻射會逐漸趨于相等,由于它們的相位相反或者說極性相反,所以它們對外的輻射趨于彼此抵消,在極限情況下,如果兩根導線之間的距離非常近,它們的對外輻射將完全抵消。因此基本原則是:如果要把EMI的輻射減少到最小,那么就讓信號線盡量靠近與它構(gòu)成回路的回流路徑。

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