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高速数字电路电源系统的电磁兼容研究

2011-01-07 16:54
老猫
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  随着实时信号处理的速率不断加快,数字电路系统的时钟频率也随之增加。同时,半导体工艺的改进,也使得电路系统中信号边沿速率提升到ns级甚至更高的级别。快速的信号边沿变化使得电路信号产生振铃、反射、串扰、地弹等许多信号完整性问题。而且,这个问题越来越严重。随着电路中器件和芯片工作环境的恶化,电源受到的影响非常严重,电源系统的电磁兼容性设计变得更加富有挑战性。研究电源系统的电磁兼容性设计非常有必要而且非常紧迫。

  电磁兼容的相关知识

  国家标准GB/T4765—1995《电磁兼容术语》对电磁兼容所下的定义:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。”

  1 电源系统的电磁干扰方式

  电源干扰的复杂性原因之一是包含了许多可变的因素。首先,电源干扰可以以“共模”或“差模”方式存在,这是根据电磁干扰噪声对于电路作用的形态来进行划分的,如图1所示。任何电路中都存在共模和差模电流。共模和差模电流决定了传播的电磁能量的大小。如果给定一对导线,一个返回参考平面,那么这两种模式中至少有一种将会存在,但通常是共存。一般来说,差模信号携带数据或有用信息,而共模信号是差模信号的负面效果,不包含有用信息,是辐射的主要来源,解决起来相当的麻烦。

  

  图1共模与差模干扰示意图

  2电源系统的电磁干扰类型

  造成电源干扰复杂性的第二个原因是干扰表现的形式很多,从持续期很短的尖峰干扰直至电网完全失电,其中也包括了电压的变化(如电压跌落、浪涌和中断)、频率变化、波形失真(包括电压和电流的)、持续噪声或杂波,以及瞬变等。我们根据国内外的抗扰度测试的一系列标准和实际应用中常常出现的问题,总结了电源干扰的常见起因,如表1所示。

  

  3 电磁干扰的途径

  从电磁兼容标准来说,电磁干扰基本上被分成传导噪声和辐射噪声。这也是一种直观分类,一种是接触性的干扰,一种是非接触性。电磁干扰就其实际作用于电路的机理有四种传输方式:传导耦合,电磁场耦合,磁场耦合和电场耦合,如图2所示。

  

  图2耦合方式

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