【導讀】噪聲傳導藉由導體傳導性和空間傳導性產(chǎn)生。在解釋導體傳導性的本質(zhì)時，可能會運用傳輸理論概念。為便于理解以下內(nèi)容，我們將用一種簡化的方法解釋EMC中用到的傳輸理論概念。
多重反射導致的諧振
(1) 傳輸線路變成諧振器
如果像在數(shù)字信號中所描述那樣，導線兩端都發(fā)生反射，則會存在一個特定頻率，使波形完全符合下一個周期的信號（如圖16所示），同時反射波 在導線來回一圈。在此頻率處，傳輸線路可能作為一種諧振器，并導致非常大的電壓或電流。此時需要注意，因為它可能使數(shù)字信號遭受振鈴或者在特定頻率處導致 很強的噪聲。
(2) 通過駐波觀察諧振
圖17采用了圖14(b)中假定的20cm長信號線的情形，并疊加了以下幾種情況下各頻率處駐波的計算結(jié)果: (a)兩端均終端匹配（無反射波），(b)只有終端發(fā)生反射，(c)兩端均發(fā)生反射（多重反射）。在情形(a)下信號輸出已經(jīng)調(diào)整至1V(120dBµV)。
當沒有發(fā)生任何反射時，所有頻率范圍內(nèi)和所有位置上的電壓都恒定（120dBµV）。信號在終端匹配的情況下正確進行傳輸。
(3) 只有一端發(fā)生反射時，會產(chǎn)生駐波
情形(b)將負載阻抗設(shè)定為1MΩ（幾乎是開放和完全反射）。在這種情況下，可以觀察到駐波，且電壓隨頻率和位置而變化。這種狀態(tài)可以認為是接近圖11和圖12中測量的狀態(tài)。如果只有一端發(fā)生反射，無論反射有多強烈，最大值都不會超過原信號的兩倍（增加6dB）
(4) 兩端均發(fā)生反射時，諧振頻率處出現(xiàn)大振蕩
情形(c)在(b)中終端條件的基礎(chǔ)上，使信號源的輸出阻抗降低至10Ω，從而造成反射。在這種情況下，在某些頻率處（大約為200MHz和650MHz）觀察到了非常強烈的駐波。這些頻率會造成多重反射，而且在某些情況下，電壓或電流可能達到原信號的數(shù)倍，從而成為EMC措施方面的問題。
(5) 諧振傳輸線路也作為天線
當信號線如上所述作為諧振器時，需要特別注意，因為信號線本身可能成為一種微帶天線并發(fā)射很強的噪聲。諧振頻率可能在使導線長度為二分之一波長的頻率間隔處反復出現(xiàn)（在圖17的示例中約為400MHz）。小心不要讓數(shù)字信號的諧波接近這些頻率。
為避免多重反射造成的諧振，需要在兩端或一端進行阻抗匹配（如圖17(a)或(b)所示），以吸收反射。如何終止數(shù)字信號線將在下一章節(jié)中講述。
除了這樣的信號電路之外，如果要處理噪聲的傳導路徑（如電源線），通常也可以衰減信號。在這種情況下，除了終止之外，還可以通過加劇傳輸線的衰減來避免諧振。如果要加劇衰減，通常是增加一個電阻元件。
圖16 多重反射導致的諧振
圖17 諧振導致的駐波變化
[page]數(shù)字信號的終止
(1) 較長導線也需要針對數(shù)字信號進行終端匹配
前已述及，當傳輸線路的特性阻抗等于負載阻抗時，所有能量將會傳輸?shù)截撦d而不會發(fā)生反射。這種狀況被稱為“匹配”。例如，圖11(a)和圖12(a)在信號線的末端連接了一個50Ω的電阻器，以便能夠與特性阻抗(50Ω)匹配。在這種情況下，電場（電壓）和磁場（電流）是一致的，不會觀察到任何駐波。
圖18 阻抗匹配
如果是數(shù)字信號，當C-MOS IC相互連接時，信號線兩端通常都會造成反射。但是，如果導線較短，諧振頻率就會非常高，不會導致任何實質(zhì)性的問題。如果導線變長，諧振頻率會降低，變得 具有影響力，因而可能需要匹配。如圖19所示，可在驅(qū)動器側(cè)或接收器側(cè)進行阻抗匹配。
(2) 驅(qū)動器側(cè)終端匹配
在驅(qū)動器側(cè)圖19(a)進行匹配時，將一個電阻器或鐵氧體磁珠串聯(lián)連接到信號線。這類似于電路的阻尼電阻器。唯一的區(qū)別在于如何選擇電阻 值。選擇的電阻值要能補足驅(qū)動器側(cè)輸出電阻和特性阻抗之差。這時，接收器側(cè)仍會造成反射，導致信號線上存在駐波，使導線中部的波形失真。因此，這適用于導 線中部未連接任何電路的一對一信號傳輸。
(3) 接收器側(cè)終端匹配
在接收器側(cè)圖19(b)進行匹配時，如圖所示將電阻值等于特性電阻的電阻器連接到地線或電源。在這種情況下，不會導致任何駐波，因此，即使 是從導線中部提取信號，也能獲得規(guī)整的脈沖波形。但是，由于電流流入負載電阻器，這種匹配也存在一些劣勢，如降低信號振幅，導致功率損耗。為了在靜止的狀 態(tài)下減少功率損耗，可以加入電容器與電阻器串聯(lián)。
圖19 數(shù)字電路的阻抗匹配
[page]對EMC措施的影響
盡管就產(chǎn)生駐波和諧振對傳輸數(shù)字信號而言是不利的現(xiàn)象，但它們是研究噪聲傳導和制定應對措施時需要考慮的重要特性。當物體噪聲頻率升高時，需要基于噪聲傳導路徑會像傳輸線一樣（產(chǎn)生駐波）的假設(shè)采取相應措施和EMC措施。關(guān)于主要影響的示例將在下面講述。
(1) 電壓和電流隨測量點變化
當針對EMC措施使用探針尋找噪聲源時，即使在同一根導線上，但一個部分的噪聲比較大，而其他部分的噪音比較小。此外，就電壓和電流（磁場）而言，產(chǎn)生較大噪聲的位置不相同。因此，如果噪聲抑制前后的測量點不同，就無法正確評估產(chǎn)生的影響。
圖20顯示了頻譜的變化，以此作為使用如圖10所示測量系統(tǒng)移動測量點時導致變化的一個示例。當探針移動幾厘米時，可以發(fā)現(xiàn)頻譜的形狀和電平出現(xiàn)變化。如果要找出噪聲大的位置，就需要牢記這種變化，并在諸多點上進行測量，以確定噪聲強度。
圖20 各點頻譜變化的示例
(2) 阻抗和EMC措施相關(guān)元件的作用隨位置而變化
當產(chǎn)生駐波時，電壓波腹（電流波節(jié)）處的阻抗高，而電壓波節(jié)（電流波腹）處的阻抗低。阻抗的高低影響著該位置所連接EMC措施相關(guān)元件的效果。（但是，駐波的形狀隨頻率而變化。因此，當連接一個EMC措施相關(guān)元件時，不能一概斷定其對所有頻率位置而言是有利或不利。）
例如，圖21給出了圖11中電流駐波隨頻率發(fā)生的變化。電流大的地方阻抗小（偏紅），電流小的地方阻抗大（偏藍）。可以發(fā)現(xiàn)這些位置根據(jù)頻率發(fā)生變化。
一般而言，旁路電容器在阻抗降至最小值（電流波腹）的位置處具有較小的影響。圖9用箭頭了指出了這樣的位置。如果在此位置處放置一個元件，其對頻率的影響會減弱，因而需要另外使用鐵氧體磁珠等。（可以移動此位置。但可能會在另一個頻率處出現(xiàn)問題。）
相反，鐵氧體磁珠在阻抗局部最高點可能影響更弱。
就降噪效果而言，結(jié)合了電容器和鐵氧體磁珠的LC濾波器可能相對不那么容易受到阻抗波動的影響。
圖21 不同頻率處駐波變化的示例
[page](3) 諧振頻率隨導線長度而變化
由于使傳輸線發(fā)生諧振的頻率會產(chǎn)生很大的電壓和電流，因此可能會導致很強的噪聲發(fā)射。此頻率隨導線長度而變化。因此，如果像圖中所示那樣因重新布置IC而改變導線長度，則可能在意想不到的頻率處使噪聲增大。這類問題難以預測，因為電路圖通常不會指明導線長度。
除了信號線之外，電源模式、電纜和屏蔽表面也可能形成傳輸線并導致諧振。這類諧振器就像完好的天線一樣，會發(fā)射噪聲。
圖22 導線長度變化導致諧振改變
(4) 電纜或屏蔽板會產(chǎn)生駐波，成為狀態(tài)完好的天線
就電纜連接至電子設(shè)備或者設(shè)備中使用金屬板作為天線的機制而言，這樣的導體可以被視為像傳輸線一樣產(chǎn)生諧振。（但是，天線的特性阻抗一般不是恒定的。）
例如，如圖21所示，當電子設(shè)備連接至有開放端的電纜時，電纜可以被視為有開口端的傳輸線路。在這種情況下，電纜產(chǎn)生的駐波在端部的電流為零（如 圖所示）。因此，基部的阻抗降低，電流在端部不連接任何元件的情況下流動。在電纜長度等于四分之一波長奇數(shù)倍的頻率處，會產(chǎn)生諧振，因而也可能發(fā)射噪聲。
這時，基部的阻抗較小，因此，噪聲可能會由增加阻抗的元件（如鐵氧體磁心）所控制。
圖23 帶開放端的電纜上產(chǎn)生電流
如圖22所示，如果一端有金屬板連接到地線（當一端連接了屏蔽板時），會產(chǎn)生接地部件處電壓為零的駐波。使金屬板長度等于四分之一波長奇數(shù) 倍的頻率會導致諧振，且很可能造成噪聲發(fā)射和感應。如果兩端都連接到地線，會產(chǎn)生在兩端電壓均為零的駐波，因此，使金屬板長度等于二分之一波長整數(shù)倍的頻 率會導致諧振。為消除這樣的問題，連接到地線的各點之間的間隔應縮短到噪聲波長的大約十分之一或以下。
如上所述，在（較高）頻率范圍內(nèi)，其中電子設(shè)備所使用導體的大小超過四分之一波長（例如10cm時使用750MHz），導體可能作為天線。如果物體噪聲的頻率很高，則需要注意物體尺寸與波長之間的關(guān)系。
圖24 金屬板連接到地線，金屬板端作為天線
[page]如何防止噪聲傳導
(1) 阻抗失配可防止噪聲傳導
實現(xiàn)阻抗匹配并不總是能帶來理想的結(jié)果。如果要防止噪聲傳導（而不是傳輸信號），就需要避免匹配阻抗。
如章節(jié)2-1所示，除了充分了解電子設(shè)備噪聲發(fā)射機制以外，可以認為從噪聲源到天線之間建立了噪聲傳輸路徑（如圖25所示）。在這種情況下，如果阻抗已經(jīng)完全匹配，噪聲可能被傳導至天線并造成很強的發(fā)射。
(2) 去耦電容器導致阻抗失配
為防止噪聲傳導，傳輸線兩側(cè)的反射都應當增強，使噪聲無法傳導。在此期間，使用去耦電容器或電感器等元件顯著改變阻抗，從而增加反射。
也可以加劇傳輸路徑的衰減。如果要增強衰減，就需要吸收能量。這就是需要使用EMC措施相關(guān)元件發(fā)揮噪聲吸收作用的原因。可使用具有電阻阻抗的鐵氧體磁珠。
盡管圖25僅涉及了針對所有元件的噪聲傳輸路徑，但實際上它是很多傳輸路徑的結(jié)合。例如，如果從接口電纜發(fā)射數(shù)字IC電源噪聲，則可以認為具體情況會如圖26所示（作為示例）。可以通過對傳輸路徑按類型分解來應用圖25所示的噪聲反射和衰減。
圖25 噪聲反射和衰減
圖26 已分解噪聲傳輸路徑的示例
[page]S參數(shù)
(1) EMC措施相關(guān)元件的性能可通過S參數(shù)來表示
盡管噪聲傳輸路徑中所使用EMC措施相關(guān)元件的效果一般可通過插損來表示，但還會使用S參數(shù)進行更準確的表示。S參數(shù)方法是表示使用上述電波反射概念的電路特征的方式。因為S參數(shù)能夠表示元件在高頻范圍內(nèi)的性能，所以常用于高頻電路。
(2) 插損特性可被S參數(shù)取代
在通過S參數(shù)表示EMC措施相關(guān)元件時，表示降噪性能的插損可由S參數(shù)傳輸系數(shù)所取代。其前提是電路為線性運行，且要使用在50Ω系統(tǒng)上測得的S參數(shù)。
(3) 傳輸系數(shù)和反射系數(shù)
如圖27所示從左側(cè)和右側(cè)輸入電波可得到傳輸系數(shù)和反射系數(shù)，這兩個系數(shù)可用來表示具有一個輸入終端和一個輸出端子（也稱為“端口”）的元件的S參數(shù)。圖25中所解釋的元件內(nèi)部衰減是傳輸部分和反射部分消減的輸入能量值。
(4) 通過數(shù)據(jù)表來表示
由于S參數(shù)一般隨著頻率變化而改變，因此針對每個頻率以表格的形式提供了相應的S參數(shù)值。圖28作為關(guān)于S參數(shù)的一個例子，提供了針對三終端EMC措施相關(guān)元件NFE61PT102的S參數(shù)。這個EMC措施相關(guān)元件內(nèi)部具有較大的衰減。
左圖為S參數(shù)表。如表中所示，每個端口的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)都通過大小和相位來表示。（在某些情況下，它們會通過實數(shù)和虛數(shù)來表示，或者大小可能以dB為單位。）
(5) 頻率特征圖
右圖將傳輸系數(shù)S21和反射系數(shù)S11表示為頻率特征。在低頻范圍內(nèi)傳輸系數(shù)S21很大，在10MHz以上卻非常小。這一特征表示從左側(cè)進入和傳輸?shù)接覀?cè)的噪聲比，其值越小表明降噪能力越好。如要將其轉(zhuǎn)換為插損，數(shù)值大小需要轉(zhuǎn)換為以dB為單位（不帶負號）。
在1MHz到1GHz頻率范圍內(nèi)，反射系數(shù)S11約為0.2到0.6。此特征表示當噪聲從左側(cè)進入時回到噪聲源的反射比。據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)，此元件具有較小的反射，且不那么可能由于多重反射導致問題。
圖27 S參數(shù)（針對兩端口元件）
圖28 S參數(shù)的示例（NFE61PT102）
(6) 用S參數(shù)表示特征的好處
在使用S參數(shù)表示EMC措施相關(guān)元件時，不僅可以表示出主要的降噪效果（傳輸系數(shù)），而且可以表示出反射到噪聲源側(cè)的效果，從而可以考察多重反射導致的次要影響。從這個角度來看，S參數(shù)比插損的表示更準確。
當測量系統(tǒng)的阻抗改變時，S參數(shù)也會隨之變化。通常是在50Ω系統(tǒng)中測量的。為準確估計降噪效果，需要根據(jù)連接實際元件位置處的阻抗通過轉(zhuǎn)換進行闡釋。電路模擬裝置通常都具備這樣的功能。
除了圖28(b)中的圖之外，S參數(shù)也可如圖4(c)所示在史密斯圖上進行繪制。
