工程师笔记--EMC问题解答（一）

问题一：安装在塑料外壳壁上的 LED 通过 30cm 一对非屏蔽双绞线连接到电路板，LED 驱动器产生单端 3.3V 50MHz PWM 信号，此时辐射发射超出250MHz时的标准值近50dB。以下哪种“措施”可能会使产品符合要求？

a. 增加转换时间

b. 将铁氧体磁珠放在两根导线上

c. 将铁氧体磁芯放在双绞线上

d. 用同轴电缆替换双绞线对

答:最佳答案是“d”。

本例中辐射的主要来源是电路板上的不平衡驱动器驱动平衡电缆。双绞线相对于电路板地平面，会产生一个共模电压。用同轴电缆替代双绞线可以保持从源头一直到LED的不平衡，并且对于电路板地平面没有共模电压。

由于辐射超标发生在5次谐波处，因此答案a增加转换时间对250MHz处的信号幅度影响不大。信号线上的铁氧体磁珠可能会在250MHz时提供一些电阻，但任何提供50dB衰减的电阻肯定会阻止LED亮起。

电路板附近线对上的铁氧体磁芯会抑制谐振并降低共模电流；但是，50dB的衰减在250 MHz时需要的共模电阻太大，没有合适的铁氧体磁芯。

在提供的选择中，同轴电缆是唯一可行的选项。另一种选择是屏蔽双绞线，这不会阻止共模电压驱动双绞线，但它会将共模电流返回到电缆屏蔽内侧的电路板，从而防止辐射发射。在许多情况下，最好的选择是以低得多的频率驱动LED，如果频率为几百赫兹，则驱动电缆的共模电压将无关紧要。

注意：安装在塑料外壳壁上的LED是平衡的，会产生共模电压，但是由于LED体积很小，相对于电缆驱动LED的共模电压可以忽略不计。

问题二：在高频下，金属表面上方哪个场量的大小约等于表面电流密度？

a. 磁场

b. 切向电场

c. 法向电场

d. 总电场

答：最佳答案是“a”。

在良导体的边界处，切向磁场垂直于表面电流，具有相同的大小。磁场的正常分量为零，切向电场也为零。

电场的法向分量与表面电流有关。|εE|等于电荷密度，电流的大小是电荷密度乘以频率。但是，场强不等于电流密度。事实上，消除选项（b）、（c）和（d）的一种方法是认识到电场强度（V/m）的单位与表面电流密度（A/m）的单位不同。

注意：金属表面的不连续性会改变表面电流的方向，从而在不连续性处产生高电流密度。磁场探头可用于检测电流密度中的尖峰，从而发现损害外壳屏蔽完整性的缝隙。

问题三：100 MHz频率的电磁波通过5mm厚度，相对介电常数εr = 8的透明玻璃，请问玻璃的屏蔽效能为多少？

a. 0 dB

b. -3 dB

c. 3 dB

d. 6 dB

答: 最佳答案是“a”。

相对于四分之一波长的薄玻璃板几乎不会产生衰减。没有吸收损失，因为玻璃是一种非常差的导体。正面的反射系数约为0.5，背面的反射系数约为-0.5。对于薄玻璃板，这些贡献被取消。

请注意，在 5.3GHz 时，5mm玻璃板的厚度为四分之一波长。在此频率下，第一次反射和第二次反射的贡献抵消，屏蔽效果峰值约为4 dB。

问题四：如果将10MHz的梯形波信号的上升时间 Tr 从1ns降到5ns，那么频率320MHz以上谐波的最大振幅可降低多少？

a. 0 dB

b. 5 dB

c. 7 dB

d. 14 dB

答：最佳答案是“d”。

梯形波谐波在1/πτ后，以20dB/十倍频程的速率下降，直到达到转换时间截止频率1/πtr. 对于1ns的转换时间，截止频率为318MHz。对于5ns转换时间，截止频率为64MHz。已知高于两个波形截止频率的最大值（此处对应318MHz），对应的谐波幅度为二者转换时间的比值。此例中，这是 Tr比值为5，换算成对数形式 20log5 = 14 dB。

默认情况下，大多数数字信号源将在不到1ns的时间内转换。控制这些信号的转换时间以减少高次谐波中的幅度通常很重要，同时最大限度地减少与太快的跃迁产生的串扰和辐射发射问题。

请注意，高于截止频率的每个谐波的幅度不会恰好下降14dB，它是包络（最大振幅）下降14dB。转换时间的变化会改变零点在谐波中的位置，这将增加一些高次谐波的振幅并降低其他高次谐波的振幅，但是所有谐波的振幅都等于或低于包络。

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