做EMC整改的小伙伴們都知道增大驅動電阻就能減小EMI傳導發射的幅值。那么這是為什么呢?有些小伙伴可能會說,老司機帶我的時候都是這樣說的,增大驅動電阻,延長開關信號的上升沿時間,對我們EMC整改很有效果。
小編是硬件工程師出身,對EMC整改其實經驗一般,也沒各位小伙伴們專業。小編今天從頻譜分析的角度來聊一聊:開關信號的上升沿時間對EMI傳導發射的影響。如果有說得不好的或者不對的地方,歡迎指正。 在這里要引入一個將上升時間與頻率聯系在一起的重要概念:轉折頻率,也就是fknee,轉折頻率的計算表達式為:
根據傅里葉變換,方波可以分解為無窮次正弦波的諧波疊加形式,方波的邊沿即上升沿或下降沿越陡峭,其包含的諧波次數就越多,轉折頻率表示諧波能量累加占總能量95%的諧波次數值。由此可知,fknee越高,就表示速度越高,速度越高轉折頻率就越高,從而將速度與頻率聯系到一起。
通過這些理論學習,讓我們能更加充分的理解,為什么方波信號或者CLK信號上升時間越短,高次諧波分量越大,對EMC的影響越大,因此我們在電路設計過程中在滿足系統時序的前提下,應該盡量降低這些高頻信號的上升時間。
那么這個公式:轉折頻率=0.35/信號上升沿時間是怎么來的,這個0.35常數又是怎么得到的。
帶寬1GHz以下的示波器通常是高斯響應示波器,如圖,高斯響應示波器在-3dB處表現出緩慢的下降特征,最大平坦度響應,在-3dB處表現出更快的下降特性,并且帶內響應更加平坦。
高斯頻響可以表示為式
廢話不多說,直接上公式推導:
接著我們來激勵一個10kHz的方波信號,為什么要用頻率是10kHz,因為電機控制很多都用的10kHz的開關頻率。方波信號的周期就是100us。我們分別設置三個不同上升沿時間的方波信號,上升沿時間分別為0.01us,0.1us還有1us。如圖
紅色上升沿時間0.01us,轉折頻率35MHz
綠色上升沿時間0.1us,轉折頻率3.5MHz
藍色上升沿時間1us,轉折頻率0.35MHz
上圖我們可以總結出:
相同頻率的方波信號,上升沿時間越長,轉折頻率越小,頻譜的帶寬就越小,對高頻的衰減就越大。反之,上升沿時間越短,轉折頻率越大,頻譜的帶寬就越大,對高頻的衰減就越小。
另外我們拿上升沿時間為0.01us方波信號的頻譜看一看,如圖
我們發現:
(1)基波頻率至轉折頻率之間,頻譜是呈現-20dB/十倍頻衰減
(2)過了轉折頻率之后,頻譜斜率更大,衰減大于20dB/十倍頻
所以最后我們得出一個結論:增大驅動電阻,時間常數增加,開關信號上升沿時間增加,開關信號的諧波分量減少,轉折頻率變小,高次諧波的衰減增大。
但是也不能將開關信號的上升沿時間設置的過大,這樣會使開關器件的開關損耗過大,導致器件過熱。所以設置合適的驅動電阻和控制開關元器件的損耗需要做一個權衡。
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原文標題:開關信號的上升沿時間對傳導發射的影響
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