环路面积对电路EMC特性的影响分析
我们都知道信号线与回路的环路面积对电路emc特性影响很大，理论上环路面积越大，信号的天线效应越明显，emc特性也越差。其实除了环路面积，电路设计中另一指标对emc特性的影响还更大。下面通过实验演示给大家介绍。
试验示范
图一 印制电路板配置
实验演示包括印刷电路板上的两种配置：共面带状线和微带线（图一）。两条线的长度l= 100毫米。共面带状线：ws（信号线宽） = wg（地线宽） =0.5毫米。两条走线之间的距离d = 0.5 mm。微带线：ws （信号线宽）= 0.5mm。微带线下方的接地平面宽度为wg= 26 mm。介质高度为h = 1.5mm。铜厚度为35微米，fr4板材料的相对介电常数为εr = 4.7。图二为演示demo板：
图二 共面带状线和微带线的测试样板
图三为实际测试布置。测试板上两线路一端接sma 50ω负载。线路另一端的用1m长的编织同轴电缆线连接到rigol dsa815频谱分析仪的信号输出口。信号输出口产生在30-100mhz的频率范围内100dbuv（100mv）的信号。两线路中差模电流idm=100mv/50ω=2ma。使用电流探头检测同轴线缆上的共模电流icm。电流探头连接到频谱分析仪的输入端，频谱分析仪设置最大保持记录共面带状线和微带线上的共模能量。
图三 共面带状线和微带线共模电流测试布置
现在让我们来看看高频信号电流的环路面积。对于共面带状线，信号电流环路面积近似l×d = 100 mm×0.5 mm = 50 mm2。微带线的信号回路面积是l×h = 100mm×1.5mm =150 mm2。在我们的实验演示中，微带线比共面带状线的电流环路面积大3倍。在高频（》 mhz），信号回流会走路最低阻抗径，也是最小电感的路径，通常这条路径也是最小环路面积的路径。电流会尽可能靠近输出电流的路径返回。在微带线的情况下，大部分返回电流直接在信号线下方的地平面回流。
测试结果和讨论
测量结果如图四。共面带状线比微带线回流环路面积小三倍的情况下，在30mhz-300mhz的频率范围内，共面带状线比微带线共模能量还要高，最多高20db。
图四 测试结果
我们知道地线上共模电压的多少取决于地线的分布电感：vcm = idm×2π×f×lg。可用如下公式近似的计算地线的分布电感：
地线分布电感lg（h）与h（m）成比例，并与wg（m）成反比。
微带线配置参数为（h=1.5mm，wg=26mm），通过公式计算的： 微带线的地线分布电感约为：lg= 36nh / m。共面带状线配置（d = 0.5 mm，wg = 0.5 mm），地线分布电感约为：lg = 300nh / m，共面带状线的地线分布电感将近是微带线的10倍。
总结
从实验中我们了解到，虽然微带线的差模电流回路面积是共面带状线的3倍，但微带线的共模能量在频率范围内却要低得多（20 db）。造成这样结果的主要原因是地线的分布电感。微带线的接地平面具有比共面带状线接地走线低得多的分布电感，这样导致微带线地线上的电压会更低，因此共模能量也会更小。
我们可以得出结论， emc设计中的一个重点是：
尽量最小化地线（信号回流）的分布电感。
在印刷电路板上如何实现？
1.缩短接地回路引线长度。
2.信号线靠近接地平面。
3.增大接地线的宽度或直接使用接地平面。
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图二 共面带状线和微带线的测试样板
图三为实际测试布置。测试板上两线路一端接sma 50ω负载。线路另一端的用1m长的编织同轴电缆线连接到rigol dsa815频谱分析仪的信号输出口。信号输出口产生在30-100mhz的频率范围内100dbuv（100mv）的信号。两线路中差模电流idm=100mv/50ω=2ma。使用电流探头检测同轴线缆上的共模电流icm。电流探头连接到频谱分析仪的输入端，频谱分析仪设置最大保持记录共面带状线和微带线上的共模能量。
图三 共面带状线和微带线共模电流测试布置
现在让我们来看看高频信号电流的环路面积。对于共面带状线，信号电流环路面积近似l×d = 100 mm×0.5 mm = 50 mm2。微带线的信号回路面积是l×h = 100mm×1.5mm =150 mm2。在我们的实验演示中，微带线比共面带状线的电流环路面积大3倍。在高频（》 mhz），信号回流会走路最低阻抗径，也是最小电感的路径，通常这条路径也是最小环路面积的路径。电流会尽可能靠近输出电流的路径返回。在微带线的情况下，大部分返回电流直接在信号线下方的地平面回流。
测试结果和讨论
测量结果如图四。共面带状线比微带线回流环路面积小三倍的情况下，在30mhz-300mhz的频率范围内，共面带状线比微带线共模能量还要高，最多高20db。
图四 测试结果
我们知道地线上共模电压的多少取决于地线的分布电感：vcm = idm×2π×f×lg。可用如下公式近似的计算地线的分布电感：
地线分布电感lg（h）与h（m）成比例，并与wg（m）成反比。
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总结
从实验中我们了解到，虽然微带线的差模电流回路面积是共面带状线的3倍，但微带线的共模能量在频率范围内却要低得多（20 db）。造成这样结果的主要原因是地线的分布电感。微带线的接地平面具有比共面带状线接地走线低得多的分布电感，这样导致微带线地线上的电压会更低，因此共模能量也会更小。
我们可以得出结论， emc设计中的一个重点是：
尽量最小化地线（信号回流）的分布电感。
在印刷电路板上如何实现？
1.缩短接地回路引线长度。
2.信号线靠近接地平面。
3.增大接地线的宽度或直接使用接地平面。
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