时钟电路的电磁波干扰

所有会产生电压频率信号的电子组件都是潜在的电磁波干扰-Electro-Magnetic Interference, EMI-的来源，这些电磁波信号将会影响如收音机、电视或行动电话等电子产品的正常运作。大多数系统中产生电磁波噪声的主要来源是系统时钟的产生与分配电路，本文将探讨电磁波干扰产生的原因、怎么测量电磁波干扰与如何降低电磁波干扰带来的影响。

电磁波发生的原理以物理学来说明，当带负电荷的电子在电场中移动时会产生电磁场，因此只要有电路中有电流信号存在，就会形成电磁波不过电磁波。为什么会影响电子设备呢？为什么计算机的CPU运作频率会干扰收音机或无线电话呢？以收音机为例通常无线电台的运作频率在88Mhz ~ 108Mhz波段与波段之间必须200KHz的空隔以避免相互干扰，收音机本身为了要清晰的接收远方电台的信号，而装置了高增益的接收放大电路以拾取微弱的电波信号 。

个人计算机中的PCI总线与芯片组之间，通常使用33.3MHz的频率来做为同步时钟，跟随着33.3MHz 的基础频率，同时也会发生一系列的谐波频率﹝谐波的频率是以基础频率为倍数而发生﹞，例如第三次谐波的频率为99.9MHz，恰巧落在收音机的工作频段内，若是个人计算机附近正好有收音机频率调谐到99.9MHz，就会受到个人计算机EMI的干扰而产生噪声。
 
世界各国为了防止此类电子产品散发出来的电磁波干扰，纷纷设立专责机构与制定条文来做为产品制造的规范，像是美国的联邦通讯委员会﹝Federal Communication Commission, FCC﹞等，目的都在限制电子产品的电磁波，在特定距离所量测特定波段中的强度，能保持在规定的信号强度标准以下。
 
电磁波的形成

在高速的数字电子产品中，时钟产生器因长时间运作在固定的频率上，使电磁波能量不断累积到极高的水平；其余变动的、异步的信号则不会造成如同时钟电路这么高的电磁波干扰。因此时钟信号成为主要造成电磁波干扰的来源，时钟会因其本身信号稳定震荡的特性，或是信号终结不够妥善，而会产生大量的EMI，这些电磁波能量将透过类似天线的结构对外散发出去。天线会以各种不同形式存在，譬如印刷电路板上的线路、跳线、没有适当屏蔽的组件、连接器、缆线或是没有妥善接地的装置。
 
为了获得更快速的运算效能，电子产品不断提高系统工作的时钟频率，信号的变换速度也就随之提高。但信号波形的上升与下降速度加快，将使电磁波辐射的能量大幅增加。图1显示两个具有相同频率、振幅、相位与工作周期的信号，两者唯一的差别只在信号的转换率，具有较快波形上升与下降速度的信号，量测出来的电磁辐射能量将高于波形转换速度较慢者。