數字工程師與EMC的糾葛

眾多數字工程師難以處理EMC問(wèn)題。與模擬世界的一些觀(guān)點(diǎn)相反，這并不是因為他們沒(méi)有說(shuō)話(huà)能力，也不是因為他們在學(xué)校里沒(méi)有刻苦學(xué)習，實(shí)際上與工程師個(gè)人沒(méi)有任何關(guān)系。而現在許多有關(guān)EMC的難題的根本潛在原因是態(tài)度問(wèn)題，即：數字工程師不相信EMC。這種令人遺憾的情況是由多種因素造成的，我們的教育機構、儀器(集成電路、仿真工具等)的制造商以及工程管理方面的低劣性能都有無(wú)法推卸的責任。

　　我們的機構、廠(chǎng)商和管理者無(wú)意地宣傳了五種誤解，致使許多數字工程師新手無(wú)法正確理解EMC，甚至不相信它的存在，對于剛從學(xué)校出來(lái)的數字工程師新手來(lái)說(shuō)，最多只是一個(gè)神話(huà)。

　　你對五種誤解了解得越多，就越能理解許多數字工程師的觀(guān)點(diǎn)，從而幫助你解決不可避免的EMC難題。

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　　從數字簡(jiǎn)圖上可以看出，邏輯網(wǎng)上的數字信號是在門(mén)之間傳遞的，這些信號是以電子流的形式實(shí)現傳遞的，而電子流也總是循環(huán)流動(dòng)的，但是在簡(jiǎn)圖中并沒(méi)有示意返回信號流的路徑。

　　許多數字工程師都相信返回的路徑是不相干的。如果邏輯驅動(dòng)器充當電壓源，而輸入充當電壓接收器，他們則推論出擔心電流的原因。示波器和邏輯分析器廠(chǎng)商主要推銷(xiāo)電壓狀態(tài)的探針，增加了對EMC的誤解。若電流感應良好的探針具有接近活性的極微小的探尖，則可以在單個(gè)的BGA球上看見(jiàn)電流的流動(dòng)，這變成了“現實(shí)”，而不僅僅是單純的理論概念。

　　比如說(shuō)，你準備與某個(gè)數字工程師共同研究普通狀態(tài)的電纜輻射問(wèn)題，首先你需要確信這個(gè)工程師是否真正理解電流是循環(huán)流動(dòng)的這一事實(shí)。

　?、驍底止こ處煵幌嘈臜場(chǎng)

　　我將這類(lèi)誤解歸因于教育系統，他們將重點(diǎn)放在電子域效應上，而不是磁性上。這是電子管時(shí)代的產(chǎn)物，其主要特征是電路阻抗非常高。例如，電子管的板極電路可能有100,000 歐姆的阻抗，大大高于自由空間的阻抗(377歐姆)，因此板極電路周?chē)拇蠖鄶到鼒?chǎng)能量將處于電子場(chǎng)狀態(tài)，多數的交叉耦合與寄生耦合問(wèn)題都將產(chǎn)生電子場(chǎng)或電容性效應。

　　現在的高速數字系統電路是低阻抗的，接近50歐姆，大大低于377歐姆的自由空間阻抗，而數字電路周?chē)拇蠖鄶到鼒?chǎng)能量則處于磁場(chǎng)狀態(tài)，并非電子場(chǎng)狀態(tài)，因此高速數字系統中的交叉干擾、接地逆跳和干擾問(wèn)題涉及電流、磁場(chǎng)和電感的循環(huán)。

　　在EMC世界中，數字電路板周?chē)慕鼒?chǎng)能量大多數是磁性的，這是普通的常識，但數字工程師卻不了解。

　?、髷底止こ處煵幌嘈砰T(mén)是差動(dòng)放大器

　　典型的產(chǎn)品數據單中是采用絕對伏特單位對輸入電壓的靈敏度進(jìn)行評定的，但是就門(mén)僅僅對應于輸入引腳電壓和指定的參考引腳電壓之間的區別而言，沒(méi)有作出明確的說(shuō)明，另外，也不明確哪一個(gè)是指定的參考引腳。(對于TTL來(lái)說(shuō)，指陰極電源干線(xiàn);對ECL來(lái)說(shuō)，指陽(yáng)極線(xiàn)。)

　　這種概念的不明確使許多工程師認為門(mén)可以感知“絕對零”伏特，就好象具有魔力的電線(xiàn)從芯片中引出，連接到地球的中心，從而找出“真正的”接地參考電壓。因而，他們無(wú)法理解系統中的兩點(diǎn)接地電壓不相等時(shí)所產(chǎn)生的問(wèn)題。

　　當然，沒(méi)有一個(gè)廠(chǎng)商會(huì )承認他們生產(chǎn)的芯片容易受到接地移動(dòng)的影響，因此他們無(wú)法談?wù)摳嘤嘘P(guān)這方面的情況也是意料之中的事。此外，這類(lèi)系統結構允許芯片之間進(jìn)行接地移動(dòng)，這很有可能出現故障，而且可能生成大量的EMI，并面臨ESD和其它的免除性問(wèn)題，這才是嚴重的問(wèn)題。

　　大多數的數字工程師都沒(méi)有花時(shí)間去考慮系統中不同的接地電壓的存在，以及對性能產(chǎn)生的效應，或者實(shí)現接地移動(dòng)的機制。