07.基础电路设计(七) EMC对策与雷击防护(5)

(b).平衡mode的噪訊對策

common mode噪訊對grand而言，相當於傳輸線路的兩線之間相同噪訊相乘的結果，也就是說同相流入兩線之間的噪訊值是相同，因此兩線之間的電位差等於零，亦即祇要線路維持平衡，基本上就不會發生問題，不過實際上卻無法保證線路可以維持平衡，因此隨著對地面的阻抗(impedance)差異，噪訊行進的路徑(route)也發生變化。如圖15所示如果噪訊從平衡mode轉換變成不平衡mode時，就不易去除噪訊。

假設兩線的阻抗(impedance) ，則平衡mode就不會轉換變成不平衡mode。假設 就會發生mode轉換問題，此時收信端子之間會產生噪訊的電位差，進而造成誤動作與耐噪訊margin不足等後果，由此可知電路的平衡化，對噪訊對策具有決定性的影響。

圖16是平衡mode的噪訊對策用filter，圖中的common mode扼流圈(choke coil)通過normal mode信號，使common

mode噪訊受到阻隔。圖17是common mode扼流圈(ch oke coil)的動作機制。

介面的shield對策

如以上介紹放射可分為common mode與normal mode兩種，因此接著要探討這兩種噪訊 的放射源與設計上的注意事項。 (a)normal mode放射

如圖18(a)所示高頻信號電流是在印刷電路板上，以

磁放射，依此觀點normal mode放射的電界強度Ed 可用下式表示:

的流動路徑形成loop面積S，再從該面積發生電

由式(13)可知放射level與pattern導線內流動的高頻電流 ，以及loop面積 成比例，與高頻電流的頻率 的二次方成比例，也就是說高頻信號電流 與loop面積 越大，信號頻率越高越能將電磁強力放射至遠方。為減緩normal mode放射，設計封裝電路時必需注意下列要點:

① 避免使用over spec驅動能力的IC/LSI。 ② 盡量縮短pattern導線的長度。 ③ 盡量減低loop面積。

除此之外高頻電路的信號電流的return電流，盡量靠近ground流動，對多層板而言通常是將信號的return電流設於信號電流下方的ground層，如果ground層設有slit時，return電流會迂迴最後造成loop面積變大等問題，因此設計上需格外留意。

(b)common mode放射

common mode放射如圖18(b)所示，當印刷電路板的GND與地面產生電位差時，輸出入cable就變成天線發射噪訊。由於印刷電路板的ground不論大小都會有電感(indu ctance)Lg 成份，所以GND之間會產生與∞×Lg=2Lg×Π×f 成比例的壓降(VCM) ，該電壓下降會變成common mode電流，同時形成如18(a)、(b)所示的loop。在某觀測點的common mode放射電界強度 可用下式表示:

EC=4Π×10-7f×IC×l(V/m)------------(14) I:Ccommon mode電流。 l:cable長度。

由式(14)可知common mode放射與cable內流動的高頻電流、cable長度、高頻電流的頻率成比例增加。一般而言cable長度會比印刷電路板的pattern長度長，隨著ca ble的長度增加，共振頻率會延伸至較低的領域，如果介面cable在某頻率發生共振，極大的common mode電流會在該loop流動。如式(14)所示在某觀測點的電界強度會變大，甚至會危害其它電子機器造成嚴重傷害。cable內流動的高頻電流是由下列電流所構成:

a.信號電流。

b.common mode電流。它是由信號電流的return電流，與電感(inductance)Lg 產生的電壓下降CCM 現象。 c.電源線內的高頻電流。它是由switching電源的高頻噪訊，與switching噪訊在電源重疊所造成的。

d.電子機器內部發生的電磁噪訊，與機器內的連接部位相互干涉，產生高頻電流成份。也就是說cable內流有信號電流以外無

法預期且是多餘的寬頻高頻電流，因此抑制介面cable多餘的高頻電流，成為確保電子機器可靠性極重要的必備要件。

為了減輕common mode電流並確保電子機器可靠性，電路封裝設計時必需注意下列事項:

必需使電壓下降CCM 最小化。亦即降低電感值(inductance)Lg 。 適當設置Decoupling Condenser，同時抑制電源層的高頻波。 限制使用over spec的高速電子元件。

必要時必需設置common mode filter，抑制common mode噪訊轉換成normal mode噪訊。

為了比較common mode放射與normal mode放射電界強度Ed ，因此以下列計算實例作說明。

(b)Shield對策

基於確保電子機器筐體的EMC，因此EMC採取的Shield對策與介面cable對策不同。筐體的材料可分為金屬與塑膠兩種，金屬筐體具有以下特點:

※電子機器內部產生的電磁噪訊被隔絕封閉，不易洩露至筐體外部。 ※相對的外部的電磁噪訊也不易侵入筐體內。

整體而言金屬筐體具有強化耐噪訊的優點，對EMC產生很好的效果。

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