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技術專題
近場與遠場EMI：PCB產生噪聲的原因是什么
如果您是天線設計師，那么您可能會熟悉近場輻射與遠場輻射的所有方面。鑒于一連串的輻射EMI問題會在電子設備內部和外部引起噪聲，因此人們可能會突然意識到他們的新產品起著堅固的天線的作用。要了解EMI如何影響電路，可以幫助您準確了解PCB的近場輻射與遠場輻射如何影響您通過EMC檢查并影響電路的能力。
正如我們將很快看到的那樣，設備內的輻射EMI通常是由近場輻射引起的，這可能是由于不良的隔離，疊層設計，接地或屏蔽引起的。相反，在遠處測試了設備發出的輻射的行為，以檢查其如何將輻射傳輸到另一產品，從而潛在地在受害設備中產生噪聲和干擾。這是每種輻射的工作方式以及區別近場與遠場的原因。
近場與遠場輻射和EMI
區分兩種類型的輻射需要比較從任何輻射EMI的源到輻射信號波長的距離。在近場狀態下，源和接收器之間的距離遠小于波長。在遠場政權中，情況恰恰相反。源和接收器之間的距離遠大于發出的輻射的波長。隨著輻射從源發出，輻射最終以平面波或球形/橢圓形波的形式從源傳播出去。
在EMC測試中，輻射的強度是在遠場而不是近場中測量的。非常接近或接近于近場，來自源的輻射方向圖仍然受源的幾何形狀影響，并且電場可能尚未穩定為清晰的諧波信號或傳播的脈沖包絡。由于PCB中的各種噪聲源可以以各種頻率輻射，因此被測信號將是各種噪聲信號的簡單疊加。這會產生通常在EMC測試中測量的噪聲頻譜。
還根據傳播信號中的磁場和電場所看到的自由空間阻抗來定義這兩種狀態。在近場中，磁場強度比電場強，因此磁感應將主導噪聲。有一個中間狀態，稱為菲涅耳狀態，其中波長類似于到光源的距離。在菲涅耳狀態下，磁場強度很快變得與電場強度非常相似。在遠場狀態下，兩個場強相等。總結如下。
從近場政權向遠場政權的過渡
遠場發射功率是EMC測試中測量的主要量，盡管以長波長發射的附近設備（例如，以30 MHz的發射在1至10 m內發射）仍會將EMI引入附近設備的近場狀態。進行遠場測量的原因是可以使用它來計算近場和菲涅耳區域的強度，從而使您可以全面了解所有重要情況下的EMI磁化率。
PCB中的近場輻射EMI
在PCB中，即使有快速數字信號（例如，帶寬高達20 GHz），PCB輻射部分發出的磁場通常也會在近場中出現，或者在較大的電路板中會出現在菲涅耳區域中。其工作頻率約為75 GHz，其中Dk = 4的基板中的波長降至1 mm ，因此輻射EMI處于遠場。在實際電路板上發生的串擾情況取決于我們在看數字信號還是模擬信號。
來自模擬信號的近場EMI
由于近場輻射具有強磁性，因此主要通過磁感應來接收。即使在高頻下，緊密相隔的走線也可以將電感耦合的近場EMI作為串擾接收。在低于GHz的頻率下，除非板子很大，否則在板子的任何地方都可能接收到強烈輻射的EMI。本質上，電路板上的每個電路都像一組耦合的電感器一樣工作，并且可以在任何頻率下接收諧波。這應該說明關鍵電路塊之間需要強隔離。
來自數字信號的近場EMI
同樣，近場輻射始終是強磁性的，但是在開關事件期間，感應耦合的信號只會在附近的走線上產生。在這種情況下，描述這些脈沖在近場中的行為需要在自由空間中使用脈沖響應函數。信號處理社區應該熟悉這個想法。從本質上講，這將產生大多數設計人員熟悉的經典電感耦合串擾尖峰（FEXT和NEXT）。
解決這些近場輻射EMI問題僅是抑制串擾的問題。由于近場狀態在磁場方面占主導地位，因此主要的設計解決方案包括：通過智能堆疊設計和跡線尺寸減小環路電感；使用帶有隔離結構的表面層網格來抑制電路塊之間的輻射EMI；在必要/可行的情況下，在關鍵電路上添加EMI濾波器。