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实用EMI噪讯对策技术(1) 基础物理篇
2017-12-13     来源:安规与电磁兼容网    浏览:202    评论:2        
导读:几乎所有的电子硬件工程师工作上都会面临不同程度的电磁波干扰(EMI)问题,尤其是最近几年电子产品逐渐朝高功率、高传输速率、小型化方向发展,使得EMI问题越来越复杂多样化,事实上这正意味着充分掌握EMI特性,同时在

几乎所有的电子硬件工程师工作上都会面临不同程度的电磁波干扰(EMI)问题,尤其是最近几年电子产品逐渐朝高功率、高传输速率、小型化方向发展,使得EMI问题越来越复杂多样化,事实上这正意味着充分掌握EMI特性,同时在设计阶段事先导入预防措施采取正确的防范对策,才是有效克服日趋严格的EMI/EMC挑战最佳手段。本文将从基础物理的角度说明EMI信噪的定义与判别要素。  

信号与噪讯

a.信号与噪讯的定义

所谓信号「Δ」是指相互隔离场所,利用光、电气等符号进行信息交流时的符号而言,此处所指的符号Δ是指表达语言、文字等信息时的记号体系。本实用EMI噪讯对策技术讲座所谓信号,则是指电气性的信号而言,通常电气性信号大多使用电压Δ或是电流Δ等符号。在模拟Δ信号有所谓的电压大小信号,它表示大小的信息,即使数字Δ信号也是直接使用模拟信号的电压,两者最大差异是数字信号利用大小,亦即0或是1的2值决定,而不是利用某个额定电压值决定信号的大小。

以上介绍的方式虽然是最基本的信号表示方法,不过也有其它表示方法经常被使用,例如在频率变调Δ领域,通常利用频率Δ表示信息。此外数字信号除了上述2值之外,偶而会使用3值以上的多值表示,由于2值信息比3值以上的信息处理上更容易,因此目前大部份的场合都使用2值方式。 如图1所示信号分为内载必要信息的信号(signal)与妨害该信号的噪讯(noise)两大类,广义上信号是必要信号与噪讯两者的组合,一般使用狭义定义,狭义上只将必要信号称为信号,原则上本讲座中的信号是指狭义的信号而言,使用特殊广义定或是要求明示时,利用一种被称为电气性信号作区隔。 

图1 信号与噪讯的差异

b.信号歪斜与噪讯

刻意使信号歪斜使该结果成为期待的信号,此时刻意使信号歪斜的操作称为信号处理,非刻意的信号歪斜会妨害期待的信号,它相当于噪讯的定义,换言之它是信号本身歪斜造成噪讯发生。信号处理的用语通常使用数字信号或是模拟信号表示,在数字技术它被当作处理的意味,一般更广泛定义亦即在模拟信号中它包含处理的含意,因此使用信号处理的术语。

图2 信号的歪斜

c. S / N 比

信号与噪讯的大小一般以功率(power)「W 」表示,功率是指单位时间的能量Δ( J,焦尔),亦即:

功率( W ) = 能量( J ) / 时间( s )

噪讯通常用信号对噪讯比S/N方式表示,而不是用绝对值表示,亦即:

至于功率比则以分贝(dB: decibel)表示,以对数表示功率比称为贝尔(B:Bel),由于它所指的「比」原本是无次元数不过常被使用,因此特别添加单位名称Δ,成为贝尔(单位为1/10,数值变成10倍)。

分贝也使用在电压比,电压比的场合:    

贝尔=20分贝

此处假设:   

 P : 电力     V : 电压     R : 阻抗 ( 电阻 )

消费功率与施加于阻抗的电压可用下式表示: P = V2 / R

由于贝尔的定义为电力比,因此电压比以贝尔表示时必需换算成功率比,此时2次方在对数变成2倍(此处请读者注意,贝尔为电力与电压时完全不同)。 电流比与电压比同样是: 贝尔 = 20分贝

如上所述S/N以功率比表示,不过信号通常利用电压表示它的大小或,是利用电压传输,因此以电压比或是电压评鉴,被视为适宜的情况相当多。  

电路图中未标示的电路

使信号歪斜的要素

使信号歪斜的要素通常是某些电路组件,具体而言它是指为了刻意进行信号处理时,使用适合该处理作业需求的电路组件,例如电阻Δ、电容Δ等等,而这些电路组件一定被组装搭载在电路上,不过产生噪讯的电路组件一般都未装设在电路上,此处笔者想想要强调的是「即使电路图中未记载、标示,波形歪斜的要素仍旧存在」。电路图中记载的电路组件被视为理想性动作体,在电路图中电阻器属于纯粹理想性电阻器,电容器也是属于纯粹理想性电容器,然而实际使用的电子组件却偏离理想性具备现实特性。图3是组件的理想特性与现实特性,以频率特性Δ的形式进行比较。

 

图3 组件的理想特性与实际特性

由图3可知在频率较低的范围,组件几乎依照理想性动作,频率一旦变高组件的现实特性 。

 

 
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