【往期回顾】EMC学习之电磁辐射

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文 | 袁波

我们在接触新鲜事物的时候，通常习惯用自己熟悉的知识去解释自己不熟悉的事物。EMC知识更多的涉及到微波和射频，对于像我这种专注于信号完整性而对EMC知识知之甚少的菜鸟来说，最初也只能用SI的一些基础知识去撬开EMC设计的大门了。在我的认知里，EMI关注的是电磁能量的辐射，包括外部电磁环境对自身系统的干扰，以及自身辐射的电磁能量对外部系统的干扰。这些干扰都不能超过一个限度，超过了这个限度就会引起问题，这些干扰归根结底还是影响了系统的信号完整性。

说到这里，我就想起了下面这幅图，这也是我对电磁辐射最基本的印象。

图1  PCB的电磁辐射

早期的PCB是单层板的，芯片之间是通过导线连接起来，电源线和信号线没啥区别，仅仅是连通的导线而已。这又让我想到了自己的毕业设计，是一个单片机控制的LED显示屏，这个系统很简单，就几个IC以及色环电阻，电容都没几个，通过简单的焊接，电路就可以工作了。根本就没有用到微带线，带状线，双绞线，同轴电缆这些东东。

学习高速设计之后，我明白了，随着频率的上升，信号跳变产生的电磁能量也在增加。芯片之间再也不能这样简单的连接起来了，像图1这种连接方法，会使回路电感很大，回路电感很大，就会使得交流信号的感抗很大，信号根本不会老老实实沿导线传播，而是会辐射到空间中去。

在SI工程师眼中，使用微带线或者带状线是为了给信号提供一个低阻抗的传输路径。这在EMC工程师眼中也是电磁屏蔽的需要。在使用了微带线或者带状线之后，电磁能量就被控制在了导体之间的介质中了。

为什么在使用了微带线和带状线后，电磁能量大部分会被束缚在介质中呢？主要原因是信号路径与回流路径靠的更近，这样整个回路的电感就减小了。不信我们来使用软件计算一下

回流路径靠的近

回流路径靠的远

由上图可知，参考平面对传输线的单位长度有效电感的影响是很大的。可以想象，在高频条件下，如果信号拥有很好的回流路径，那么它所感受到的回路电感就会很小，信号就会按照人们的意愿从发射端传输到接收端，如果信号感受到的回路电感很大就会产生辐射问题。

在低频的时候，可以不考虑电磁干扰的问题，低频时导线周围的电磁场变化没有那么强烈，导线的电感效应也不会表现的那么明显。但是到了高频，电磁场变化剧烈，应该充分考虑信号路径与返回路径的耦合问题，利用信号路径与返回路径的耦合来减小整个回路的电感，控制导线向空间发射的电磁能量。

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