ZHCAAB5 September 2020 TPS55288 , TPS55288-Q1 , TPS552882 , TPS552882-Q1
PCB 會直接輻射部分能量,因此可建模為承載干擾電流的小型天線。小環路是指在相關頻率下尺寸小于四分之一波長(100MHz 下為 75cm)的環路。大多數 PCB 環路在高達幾兆赫茲的發射頻率下算作小環路。小環路在接地面上方產生的最大電場強度與頻率的平方、環路面積和電流成正比:

其中,頻率以 Hz 為單位,A 是以 m2 為單位的環路面積,I 以安培為單位,r 以米為單位。對于具有大量諧波的方波,必須對 Is 使用傅里葉頻譜。
我們可以使用Equation1 來大致確定是否需要改進 PCB 設計。例如,如果 A=4cm2、Is=10mA、f=100MHz、r=3m,那么:

CISPR 22 B 類標準在 3 米處的限制值約為 40dBuV/m,50.9dBuV/m 則超出了該限值。所以我們需要對電路做一些改進,使場強低于限值。通過Equation1,我們得知,環路面積 A 和高頻電流是我們可以控制的變量。良好的元件放置方式和接地屏蔽可減小環路面積 A;而通過降低開關速度或對開關環路進行對稱布局則可降低高頻電流。
圖 2-1 (A) 所示為一個簡化的梯形電流波形,其中周期為 T,脈沖寬度為 tW,上升時間為 tR,下降時間為 tF。圖 2-1 (B) 所示為包含基頻和許多高次諧波的頻域。通過傅里葉分析可推導出與脈沖周期、脈沖寬度、上升/下降時間和高次諧波幅值的關系。
圖 2-1 基于具有 1us 脈沖寬度、5ns 上升時間和 8ns 下降時間的 500kHz 開關信號。在 tR? tF 條件下,只考慮較小者。因此,帶寬 fR 由 tR 決定。輻射 EMI 問題經常發生在 50MHz~500MHz 范圍內。可以看出,增加上升(或下降)時間會使 fR 點移動到較低的頻率。因此,高頻諧波含量將以 40dB/十倍頻程的速度更快地滾降。
圖 2-1 脈沖電流波形的諧波含量