電子線路板PCB對外產(chǎn)生的干擾既可能是差模干擾,也可能是共模干擾。產(chǎn)生干擾的原因是單板PCB上存在著對應(yīng)的共模(CM)干擾電流和差摸(DM)干擾電流。單板上產(chǎn)生的干擾以傳導(dǎo)或輻射的方式對外形成發(fā)射,從而導(dǎo)致產(chǎn)品EMC問題。
共模干擾電流與差模干擾電流如下面兩個圖所示。
對于共模干擾(Common-mode)電流,是指兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相等,而方向相同。如下圖所示,在通過分布參數(shù),與地參考平面形成了共模環(huán)路,就有共模電流在環(huán)路流過。
對于差模干擾(Differential-mode)電流,是指兩導(dǎo)線上的干擾電流,振幅相等,方向相反。如下圖所示,差分信號對之間的電流以及信號和其對于的地上回流,就屬于差模電流。
根據(jù)電磁場理論,差摸干擾電流,信號和回流電流都是相互反方向的,差摸電流存在180度的相位差,因此差模電流的磁場主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積之內(nèi),而回路面積之外的磁力線會相互抵消。共模電流方向是相同的,在回路面積之外,共模電流產(chǎn)生的磁場方向相同,磁場強(qiáng)度反而加強(qiáng)。通常產(chǎn)品對外的干擾多以共模為主。
要精確計(jì)算PCB對外的輻射很難,業(yè)界通常根據(jù)PCB上差模電流和共模電流近似的輻射天線模型,來計(jì)算對外干擾的場強(qiáng)大小,即PCB中輻射出來的RF 能量。PCB單板上有許多信號環(huán)路,如信號與信號地之間環(huán)路,電源與其相應(yīng)地之間的環(huán)路,都是差模電流環(huán)路。計(jì)算差模輻射強(qiáng)度時,可以近似等效為環(huán)天線模型。
環(huán)天線模型的輻射強(qiáng)度由下式計(jì)算:
E=263*10-16f2AI/r
其中
E:電場強(qiáng)度(V/m)
f :電流的頻率(MHz)
A:電流的環(huán)路面積(cm2)
I :電流的強(qiáng)度(mA)
r :測試點(diǎn)到電流環(huán)路的距離(m)
PCB單板上也存在共模信號環(huán)路,如外接電纜與大地之間的環(huán)路,就是共模電流環(huán)路。計(jì)算共模輻射強(qiáng)度時,可以近似等效為單級天線模型,也有稱為棒天線模型。
單極天線模型的輻射強(qiáng)度由下式計(jì)算:
E=12.6*10-7fIL/r
其中
E:電場強(qiáng)度(V/m)
f :電流的頻率(MHz)
L:電纜的長度(m)
I :電流的強(qiáng)度(mA)
r :測試點(diǎn)到電流環(huán)路的距離(m)
由于在PCB單板上存在差模干擾和共模干擾,在PCB布局與布線時,需要根據(jù)上述干擾的原理,盡量減小差模信號環(huán)路面積,減小共模電流,來降低單板PCB對外的干擾。
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