悬浮电缆的电磁兼容理论与PCB设计解析

本文主要讨论了电磁兼容(EMC)中的悬浮电缆现象及其理论，特别是在近场区和远场区的电磁场强度计算。同时，提到了PCB（印制电路板）的电磁兼容设计，包括脉冲信号的频谱分析、地线和电源线上的噪声处理以及解耦电容的选择和布局。 在悬浮电缆的情况下，电缆一端可能连接着小型无接地设备或处于未连接状态。这种情况下，电缆的辐射可以使用单根导线模型进行计算，其中关键因素是共模电流I。计算时需要测量共模电流，因为直接计算通常是复杂的。给定的公式用于计算电磁场强度，包括考虑地面反射的影响。 近场区和远场区的电磁场强度公式如下： - 近场区：E = 1430I L / (f D^3)，E = 0.63 I L f / D - 考虑地面反射的近场区：E = 1.26 I L f / D - 当L > λ/2或λ/4时：E = 120I / D λ为电流频率f的波长。在某些条件下，电缆长度L可能需要替换为2L，这取决于电缆与接地或金属外壳的关系。 接着，文章转向PCB的电磁兼容设计，特别是脉冲信号的频谱分析。脉冲信号的上升时间和下降时间（d和tr）对谐波幅度有显著影响，这些谐波会出现在电压或电流的频谱中。地线和电源线上的噪声可以通过优化布线、减少寄生电容和电感以及正确布置解耦电容来控制。 电源线噪声的消除策略包括减小电源线与地线之间的环路面积，使用电源解耦电容，并可能需要在特定位置添加铁氧体以增加电源端阻抗。解耦电容的选择应基于瞬态电流的变化率（dIdt）和电源线上的电压变化（dV/dt）。 最后，讨论了线路板的辐射机制，分为差模辐射和共模辐射。辐射强度与电流环路、导线长度、频率和距离有关。在近场区和远场区，辐射场强的计算公式也给出了。 总结来说，悬浮电缆的EMC理论和PCB的电磁兼容设计是确保电子设备互不干扰的关键。理解并应用这些理论可以有效降低噪声、提高系统稳定性。