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共模輻射來自于電路的寄生參數以及在導體中產生的不期望的電壓降。共模輻射是由于接地電路中存在電壓降(如下圖),某些部位具有高電位的共模電壓,當外接電纜與這些部位連接時,就會在共模電壓激勵下產生共模電流,成為輻射電場的天線。這多數是由于接地系統中存在電壓降所造成的。共模輻射通常決定了產品的輻射性能。
共模輻射場
共模輻射主要從電纜上輻射,可用對地電壓激勵的、長度小于1/4波長的短單極天線來模擬,理想天線上的電流是均勻的,實際天線頂端電流趨于0。實際電纜由于另一端接有一臺設備,相當于一個容性的天線,即天線的端點接有一塊金屬板,這時天線上流過均勻電流。設天線指向為場強,則得到場強計算公式為:
式中,f是信號頻率,ICM是電路中的共模電流,L為輻射電路導線長度,r為測試距離。從式中可以看到,共模輻射與電纜的長度L、共模電流的頻率f和共模電流強度ICM成正比,與測試距離r成反比。共模輻射模型等效電路如下圖所示, 其中,uCM為共模輻射電壓,ICM為共模輻射電流,ZCM為線路等效阻抗。
減小共模輻射的方法
共模輻射與共模電流的頻率f、共模電流ICM及天線(電纜)長度L成正比。因此,減小共模輻射應分別降低頻率f,減小電流ICM,較小長度L,而限制共模流是減小共模輻射的基本方法。為此,需要做到以下幾點。
盡量減小激勵此天線的源電壓,即地電位;
如下圖措施中采用接地平面就能有效地減小接地系統中的地電位。
提供與電纜串聯的髙共模阻抗,即增加共模扼流圈;
將兩根導線同方向繞制在鐵氧體磁環上就構成了共模扼流圈,直流和低頻時差模電流可以通過,但對于高頻共模電流則呈現很大阻抗,由共模輻射模型等效電路可知,ZCm增大導致共模輻射電流ICM減小,從而共模輻射場強被抑制。
將共模電流旁路到地;
為了將共模電流旁路到地,可以在靠近連接器處,把印刷電路板的接地平面分割出一塊,作為“無噪聲”的輸入/輸出地,為了避免輸入/輸出地受到污染,只允許輸入/輸出線的去耦電容和外部電纜的屏蔽層與“無噪聲”地相連,去耦環路的電感應盡可能小。這樣,輸入/輸出線所攜帶的印刷電路板的共模電流就被去耦電容旁路到地,外部干擾在還未到達元器件區域時也被去耦電容旁路到地,從而保護了內部元器件的正常工作。
減小電纜的長度;
電纜屏蔽層與屏蔽殼體作360°端接;
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