電子工程師不得不知道的EMC機理------串擾
串擾是信號完整性中最基本的現象之一，在板上走線(xiàn)密度很高時(shí)串擾的影響尤其嚴重。我們知道，線(xiàn)性無(wú)緣系統滿(mǎn)足疊加定理，如果受害線(xiàn)上有信號的傳輸，串擾引起的噪聲會(huì )疊加在受害線(xiàn)上的信號，從而使其信號產(chǎn)生畸變。
圖1.串擾使得信號產(chǎn)生畸變
當串擾噪聲疊加在受害信號的高低電平上時(shí)，會(huì )產(chǎn)生幅度噪聲或影響眼圖高度。當串擾噪聲疊加在受害信號的跳變邊沿位置時(shí)會(huì )產(chǎn)生邊沿的抖動(dòng)，進(jìn)而影響時(shí)序或者是眼圖寬度。從統計的角度來(lái)說(shuō)，由于干擾源的不確定性，串擾噪聲一般會(huì )同時(shí)影響信號的邊沿和幅度。因此，對于串擾來(lái)說(shuō)兩個(gè)方面的影響都應該考慮。
串擾形成的根源在于耦合。在多導體系統中，導體間通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)發(fā)生耦合。這種耦合會(huì )把信號的一部分能量傳遞到鄰近的導體上，從而形成噪聲。耦合的方式主要有兩種：1、容性耦合。2、感性耦合。
1、容性耦合
回憶一下我們所熟悉的平行板電容，兩個(gè)規則平行板導體，周?chē)錆M(mǎn)介質(zhì)就形成了一個(gè)電容器。對于PCB板上的情況，兩條走線(xiàn)之間和參考平面之間也會(huì )形成電容器，圖2中C1表示走線(xiàn)和參考平面之間形成的電容，C2表示兩走線(xiàn)之間形成的電容。從電容的角度來(lái)看，當一條走線(xiàn)上電壓變化時(shí)，相當于電容C2兩端電壓變化，電容C2充電鄰近的導體（電容的另一端）上必然也會(huì )有電流，串擾隨之產(chǎn)生。走線(xiàn)之間的電容與走線(xiàn)之間的間距密切相關(guān)，當間距增大時(shí)，耦合電容迅速減小，耦合作用急劇減弱。如果在兩條走線(xiàn)之間放入另一根走線(xiàn)，這兩跳走線(xiàn)之間耦合電容會(huì )進(jìn)一步減小，這種現象正是使用隔離底線(xiàn)抑制串擾的出發(fā)點(diǎn)之一。
圖2.容性耦合（Capacitive coupling）
2、感性耦合
如果一條走線(xiàn)上有數字信號傳輸，在信號電平跳變過(guò)程中，即信號處于跳變邊沿時(shí)，走線(xiàn)上電壓不斷變化，走線(xiàn)上的電流也不斷變化，這樣在走線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)在鄰近走線(xiàn)上產(chǎn)生感應電流。這就是感性耦合。同樣的拉開(kāi)PCB板上走線(xiàn)的間距，能明顯減小兩天線(xiàn)之間的互感耦合。感性耦合機理如圖3
圖3.感性耦合（Inductive coupling）
