頻譜基礎(chǔ)
本文的主題是“開(kāi)關(guān)電源的EMC”，因此電氣信號(hào)是以開(kāi)關(guān)信號(hào)為前提的。首先來(lái)看下面的原理示意圖。在表示開(kāi)關(guān)信號(hào)的脈沖波形中，包括tw（脈沖寬度）和ts（上升/下降時(shí)間）。
中間的圖是基于傅里葉變換的理論上的脈沖波形頻譜。這是“振幅隨著頻率的升高而衰減，衰減斜率隨著tw和ts而變化”的常見(jiàn)頻譜。
右圖表示脈沖的ts延遲后的頻譜變化。斜率變?yōu)?40dB/dec時(shí)的1/πts頻率降低是理所當(dāng)然的， 終結(jié)果是其后的振幅減少。簡(jiǎn)而言之就是“當(dāng)ts延遲時(shí)頻譜的振幅衰減”。
接下來(lái)將使用實(shí)際的頻譜分析儀數(shù)據(jù)來(lái)看頻率等其他參數(shù)變化時(shí)的頻譜變化。這里的關(guān)鍵點(diǎn)是“對(duì)于信號(hào)波形的變化，頻譜將以怎樣的趨勢(shì)變化”。這是用來(lái)通過(guò)實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源電路的開(kāi)關(guān)相關(guān)的頻譜來(lái)分析并解決EMC問(wèn)題所必須的知識(shí)。
波形變化與頻譜變化
前面給出的圖是用來(lái)比較的默認(rèn)條件下的數(shù)據(jù)。下面波形圖中的條件是：振幅10V，頻率400kHz，Duty（占空比）50%，tr/tf（上升時(shí)間/下降時(shí)間）10ns。
中間的圖表示n次諧波和振幅（V）的關(guān)系。1倍的頻率＝基波，也就是說(shuō)400kHz的分量 大，以奇數(shù)倍的頻率形成頻譜。
諧波僅為奇數(shù)次是Duty為50%＝1：1的頻譜特征。各分量的大小為基波分量的1/次數(shù)，例如3次諧波分量為1/3，n次諧波分量為1/n。
右圖是振幅為dB?V的對(duì)數(shù)曲線(xiàn)圖。順便提一下，dBμV是基于以1?V電壓為基準(zhǔn)的電壓比的dB值。
①將頻率變更為2MHz時(shí)的頻譜。從頻率－振幅（dBV）關(guān)系圖可以明確看出，當(dāng)頻率增加時(shí)振幅整體增加。
②tr和tf同時(shí)延遲為100ns時(shí)的頻譜。結(jié)果如原理示意圖所示，進(jìn)入-40dB/dec衰減時(shí)的頻率降低，頻譜的振幅衰減。
③將Duty50%變?yōu)?0%時(shí)的頻譜。由于Duty不是1:1，因此會(huì)產(chǎn)生偶次諧波，但峰值基本上沒(méi)變化。隨著脈沖寬度tw變窄，基波頻譜的振幅衰減。
 
④僅tr（上升時(shí)間）延遲時(shí)的頻普。tr相關(guān)的分量因tr延遲而從更低的頻率開(kāi)始衰減。
下面匯總了每種情況的結(jié)果�？偠灾�，當(dāng)頻率較低且上升/下降較慢時(shí)，頻譜會(huì)衰減。從EMC的角度來(lái)看，也就是頻譜的振幅較低時(shí)更有利。
另外，這里的“頻譜”是指英語(yǔ)的“Spectrum”。雖然這并非本文主題，但稍微介紹一下僅作為了解。
串?dāng)_
串?dāng)_是由于線(xiàn)路之間的耦合引發(fā)的信號(hào)和噪聲等的傳播，也稱(chēng)為“串音干擾”。特別是“串音”在模擬通訊時(shí)代是字如其意、一目了然的表達(dá)。兩根線(xiàn)（也包括PCB的薄膜布線(xiàn)）獨(dú)立的情況下，相互間應(yīng)該不會(huì)有電氣信號(hào)和噪聲等的影響，但尤其是兩根線(xiàn)平行的情況下，會(huì)因存在于線(xiàn)間的雜散（寄生）電容和互感而引發(fā)干擾。所以，串?dāng)_也可以理解為感應(yīng)噪聲。
線(xiàn)間耦合有雜散（寄生）電容引發(fā)的電容（靜電）耦合和互感引發(fā)的電感（電磁）耦合。這些耦合現(xiàn)象會(huì)引發(fā)干擾。下圖為每種耦合的示意圖以及 簡(jiǎn)化的等效電路。
上圖中用公式給出了將兩者從噪聲源的布線(xiàn)模式1到附近的布線(xiàn)模式2所產(chǎn)生的噪聲電壓Vn。R為電阻，C為電容，M為互感，Vs為噪聲源電壓，Is為噪聲源電流。
在這里請(qǐng)記住，平行的布線(xiàn)間會(huì)發(fā)生串?dāng)_。順便提一下，如果布線(xiàn)是正交結(jié)構(gòu)，則雜散電容和互感都會(huì)顯著減少。
關(guān)鍵要點(diǎn)：
平行的布線(xiàn)間會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。
串?dāng)_的因素有雜散（寄生）電容引發(fā)的電容（靜電）耦合和互感引發(fā)的電感（電磁）耦合。 |
