【经验】电磁辐射在PCB板间的耦合机制详解

时间： 2021-08-14 来源：韬略科技

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耦合发生的两种机制是电场耦合与磁场耦合。从杂讯源耦合到其有效辐射天线的机制可能是电场、可能是磁场耦合，也可能是两者皆有。要知道如何控制它们这些电磁辐射，就要先了解这些耦合的机制，以及其会如何影响产品设计。本文由韬略科技给大家带来电磁辐射在PCB板间的耦合机制详解。

第一项：电场耦合 Electric Field Coupling

电场耦合是因为位移电流的电容性效应而产生。亦即，我们并没有要电流流经某一特定方向，但是因为有一自然形成的寄生电容对电流提供了一个低阻抗的路径，此路径的阻抗较设计上的电流路径阻抗要低。电流永远是需要一个完整的环路，所以环路的阻抗是一个重要的因素。

例如说，图1中显示典型的PCB印制电路板简图。一时脉缓冲器驱动一条线路，该线路靠近一个装有散热器的大型IC。当此线路布线路径经散热器时，在线路布线与散热器之间有一个寄生电容产生。同时在散热器与时派缓冲器之间也有寄生电容的存在（当然，在散热器与接收器。与屏蔽、与系统的其他元件之间都会有寄生电容，但是在本例中很小，因此不致影响EMC的特性。）此一电容的阻抗为

此处

C=电容量

F=频率

图1、 PCB印制电路板简图

电容量的大小决定于其几何结构。而阻抗会随频率不同而异。在相同结构下，对越高频率的谐波其阻抗越低。

再次提醒，所以的电流都必须要流经完整的环路以回到其源头。在此例子里，我们希望对于所有谐波的电流，其电流路径都是流经时派缓冲器，经线路布线到接收端，然后再经由接地参考平面回到时派缓冲器。然而在此例子，在线路布线与散热器间的寄生电容，以及在散热器与时派缓冲器间的寄生电容，提供了比上述路径还要低阻抗的路径，则散热器在体积上是比线路布线要大多了的辐射器。因此，散热器会成为一个有效率的辐射器，特别对于高频段的谐波，造成了不必要的辐射干扰，到最后就需要借助屏蔽的机壳来隔离。

第二项：磁场耦合 Magnetic Field Coupling

磁场耦合是因为传导电流的电感性效应而产生。在此例中，我们希望电流能以某一特定方向流动，但是自然生成的寄生电感对电流提供了一个比原来路径要较低阻抗的路径。因为电流必须总是要流经完整环路，故环路阻抗再次的是一个重要的因素。

例如说，图2表示在一个印刷电路板上的两个贯穿孔，此贯穿孔穿过两个完整平面（假设说是电源与接地平面）。在此例中，使用前面曾讨论过的时派缓冲器，不同的是，现在线路布线埋到板子的不同层中间（如图3）,以此改善前项讨论的电场耦合效应。通常线路布线在有些位置必须要改变布线层以闪避其他的布线或元件，此信号电流就如图3所示流经贯穿孔。

图2、印制电路板上的贯穿孔

图3、印制电路板上的贯穿孔（内部）

此例中，第二个贯穿孔接到一个内部非屏蔽的绕线，例如磁碟机的排线。在第一个贯穿孔的电流造成磁力线，某些的磁力线被第二个贯穿孔撷取，如图4所示。此一磁力线在第二个贯穿孔感应出电流，而传导至磁碟机的排线。此一寄生互感对较高的谐波有较低的阻抗，因此会较容易传导电流到会造成潜在辐射的路径上，而不走其原先设计的路径。

图4、印制电路板贯穿孔磁力线

再次强调电流必须要流经一封闭环路以回到其源头。假设说此一内部排线与时派缓冲器间也有足够大的寄生电容存在，则有一些电流会沿此路径流过，如图5。寄生互感与寄生电容的组合造成高频谐波电流流经此一非屏蔽的排线，而辐射在此一空间结构中。因此结构体需要更好的屏蔽能力以阻挡此一辐射干扰，因此增加了屏蔽的外壳的结构与价格成本。