EMC教程系列之電場(chǎng)耦合

當能量通過(guò)電場(chǎng)從一個(gè)電路耦合到另一個(gè)電路時(shí)，就會(huì )發(fā)生電場(chǎng)耦合（也稱(chēng)為電容耦合）。正如我們將看到的，當源電路的阻抗很高時(shí)，這種情況最有可能發(fā)生。

考慮兩個(gè)電路共用一個(gè)公共回路平面，如圖1所示。如果回路平面的電阻為零，則公共阻抗耦合為零。然而，由于從一條信號線(xiàn)開(kāi)始，在另一條信號線(xiàn)上終止的電場(chǎng)線(xiàn)也可能在兩個(gè)電路之間發(fā)生耦合。例如，如果其中一個(gè)信號電壓為1V，另一個(gè)信號電壓為0V，則兩條信號線(xiàn)之間的電位差會(huì )導致電場(chǎng)線(xiàn)從1V導線(xiàn)開(kāi)始，在0V導線(xiàn)上終止。從原理上講，這可以用兩條信號線(xiàn)之間的電容來(lái)表示。

當然，還有其他的電場(chǎng)線(xiàn)從1V導線(xiàn)開(kāi)始，在0V平面上終止。這可以用導線(xiàn)和平面之間的電容來(lái)表示。圖2示出了圖1中包括電場(chǎng)耦合電容的兩個(gè)電路的示意圖。

圖1：信號返回平面上方的兩個(gè)電路。

圖2：圖1中包括電容耦合路徑的電路示意圖。

在這種情況下，導線(xiàn)之間的電容C12很容易用兩條導線(xiàn)之間的電容公式計算，電容c11和c22可以用接地層上方導線(xiàn)的電容公式計算。一旦確定了電容，并且將值分配給圖2中的所有元件，就可以使用用于公共阻抗耦合的相同基本公式來(lái)計算由于電場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的串擾，

如果我們試圖找到精確的解決方案，分析這個(gè)電路與9個(gè)元素的過(guò)程可能會(huì )很費時(shí)。然而，如果我們重新繪制電路，并利用一些阻抗的相對大小，我們可以大大簡(jiǎn)化分析。

首先，讓我們重新繪制圖2中的電路，如圖3所示。通過(guò)將電路1放在示意圖的左側，將電路2放在右側，重要的耦合C12就更清晰了。此外，認識到自電容C11和C22的阻抗幾乎總是比它們并聯(lián)的負載阻抗高得多也是有幫助的。如果這不是真的，到達負載的信號將顯著(zhù)衰減。因此，在求解圖3中的電路時(shí)，我們通?？梢院雎訡11和C22。

圖3：圖1中電路的更直觀(guān)的示意圖。

為了計算由電路1中的信號引起的電路2中的串擾，我們設置vs2=0并確定比率vrl2/VRL1。如果耦合相對較弱（即，如果耦合沒(méi)有向下加載源電路），則C12的阻抗相對于電路1中的阻抗較大。這意味著(zhù)VRL1的值與電路2的參數無(wú)關(guān)，電路可以用圖4所示的簡(jiǎn)單形式表示。

圖4：圖1中電路的更簡(jiǎn)單的表示。

現在這個(gè)電路比較容易解決。串擾可以表示為，

方程2

對于圖1和圖2中的電路，假設信號線(xiàn)高出導電平面4.0 mm，長(cháng)16 cm。假設導線(xiàn)半徑為0.8 mm，導線(xiàn)之間的間距為3.0 mm。設RS1=RS2=10歐姆，RL1=RL2=150歐姆。計算這些電路在50mhz時(shí)由于電場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的串擾。

我們首先確定電容C11、C22和C12。平面上每根導線(xiàn)的電容約為，

方程3

兩根導線(xiàn)之間的電容大約為，

方程4

C11和C22在50 MHz時(shí)的阻抗為| 1/jΩC |=800歐姆。由于這遠高于150歐姆的電路阻抗，我們可以忽略這些電容。耦合電容的阻抗為| 1/jΩC |=890歐姆。這也比電路阻抗大得多，因此我們可以用方程（2）來(lái)計算串擾，

方程5

在這種情況下，注意改變各種電路參數將如何改變耦合是很有幫助的。例如，加倍頻率會(huì )加倍串擾（即，在100 MHz時(shí)，計算的串擾為-34 dB）。對于弱耦合情況，電場(chǎng)耦合與頻率成正比。

在本例中，將受害電路的源電阻加倍也會(huì )使串擾加倍。注意，源電阻和負載電阻的并聯(lián)組合幾乎等于源電阻。在本例中，將負載電阻加倍對串擾影響不大，因為重要的是受害電路中源電阻和負載電阻的并聯(lián)組合。

本例中的另一個(gè)重要參數是互電容C12。減小C12的值將成比例地減小串擾。將導線(xiàn)移動(dòng)得更遠是減小C12值的一種方法。但是，需要注意的是，僅將導線(xiàn)之間的距離加倍不足以將12減少2倍。當導線(xiàn)間距大于導線(xiàn)直徑時(shí)，反雙曲余弦函數的行為類(lèi)似于對數函數。在這種情況下，將導線(xiàn)之間的距離加倍（從3.0 mm增加到6.0 mm）會(huì )將C12的值從3.6 pF更改為2.2 pF。這將減少串擾只有約4分貝。