第1章讲述了由电磁噪声所引起干扰的机制及抑制噪声的概述。噪声抑制主要是以使用屏蔽和滤波器作为典型手段，在噪声传播的路径中实现噪声抑制。为了有效使用这些手段，对电磁噪声产生和传播机制的充分了解就尤为重要。

就噪声源而言，充分参考第1章中说明的噪声产生的原理，有三种因素: 噪声源、传播路径及天线（假设噪声干扰最终是以电磁波形式传播，天线亦包含在内）[参考文献 1]，如图2-1-1(a)所示。如果是作为噪声受害者，可以使用完全相同的原理图，即图2-1-1(b)中所示，只需将图左右翻转，并将噪声源改为噪声接收器。这就意味着可以认为产生和接收噪声两种情况的机制是相同的。

因此，为了充分了解噪声干扰机制，第2至5章的侧重点都是关于噪声源方面，并介绍了噪声产生、传播和发射机制的基本原理。在这些章节中，也对切断噪声的屏蔽和接地连接进行了简要说明。在之后的章节中，将对另一个重要因素“滤波器”进行详细的说明。

首先，第2章将对噪声产生的机制进行说明。

图2-1-1 EMC的三个因素

有各种不同的情况会产生可以成为噪声源的电流。例如，一个电路的运行需要某一信号分量而对其他电路产生了问题。另一种情况，尽管没有电路需要此信号分量，但也不可避免产生噪声。有时噪声可能是由于疏忽而造成的。当然，噪声抑制的思维方式视每种情况而异。但如果您能了解特定的噪声是如何产生的，则处理将会变得较为容易。

在本章节中，我们将采用以下三种噪声源典型案例，介绍产生噪声的机制及一般应对策略。

• 信号
• 电源
• 浪涌

在本章节中，我们将主要用于传递信息的线称为信号线。通常为了通过电路传输信息，总是需要一定量的电流，即使是非常小的电流。随后，电流周围便产生了磁场。当电流随着信息而发生变化时，会向周围发射无线电波，从而便产生了噪声。

随着信息量的增加，通过信号线的电流频率也随之增加，或可能需要更多的信号线。通常，电流频率越高，或信号线数量越多，发射的无线电波强度就越大。因此，电子设备的性能越高、处理的信息量越大、电子设备中所使用的信号线越多，就越容易产生噪声干扰。

传输信息的电路大致可分为模拟电路和数字电路，分别使用模拟信号和数字信号。从电路噪声的角度出发对其一般特性做如下说明。

图2-2-1 模拟信号和数字信号

(1) 模拟电路

当模拟电路为噪声源时，一般产生的噪声较少，因为模拟电路使用有限频率，并采用控制电流流动的设计情况较多。

但如果有能量外泄，则仍会产生噪声干扰。例如，电视和广播接收器采用一个具有恒定频率的信号，此频率称为本地震荡频率，以便从天线接收的无线电波中有选择地放大目标频率。如果此频率泄漏到外部，则可能对其他设备产生干扰。为了防止发生此情况，调谐器部分会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。

图2-2-2 使用EMI静噪滤波器（穿心电容）的电子调谐器示例

相比之下，从噪声受害方考虑，由于模拟电路经常处理微弱信号，哪怕微小的波动信息都会受到影响，电路往往容易成为噪声受害方。例如，如果噪声进入音频放大电路的第一级（从麦克风进入等），扬声器会检测到噪声并进行放大，从而产生很响的噪声。为了防止发生此情况，高灵敏音频放大器会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。

图2-2-3 模拟电路中特定频率处容易产生噪声

图2-2-4 以EMC为例模拟电路的特性

(2) 数字电路

把数字电路作为噪声源来看，由于在很短的时间内会发生0与1信号电平之间的转换，其中包含了极宽范围的频率成分，因此数字电路很可能成为噪声源。为了防止发射出噪声，因此在数字信号中使用了屏蔽和EMI静噪滤波器。数字电路产生的噪声是一个很重要的课题，并会在第2-3节中详细说明，其不仅与信号有关，而且还与电源有关。

但把数字电路作为噪声受害方来看，只有0和1两种状态（之间没有其他状态）来表示信号，且具有相对较大的幅值。另外，即使有微弱的感应也不会影响信息，因此不太会成为噪声受害方。但如果达到很高电平噪声，则即使只有一瞬间，数据也会发生完全改变。因此，其对于静电放电之类的脉冲噪声是一个弱点。（静电放电也简称为ESD）

图2-2-5 数字电路对噪声具有较高的承受力，但更容易发出噪声

图2-2-6 以EMC为例数字信号的特性

由于电源本质上就是一个电路，仅提供直流电或商用频率，应该不太可能成为电磁噪声的起因或途径。但在许多情况中，其实际上成为了噪声的起因或途径。这是由于以下原因所导致的:

• 即使电压看似稳定，但其电流可能包含了大量的高频电流以运行电路
• 由于电源线在电路中是共享的线路，因此噪声会循环并会影响整个电路
• 特别是接地往往是整个设备共享的，并提供了一个共同的电势，很难将其分离
• 由于电源是设备的能量来源，噪声能量也会变大

电源产生噪声的典型例子是接触噪声和开关电源。

接触噪声是噪声的一种，是在用开关打开/关闭电源电流时在接触点产生的噪声（关闭时噪声尤其强大），与2-2-3(2)节中描述的开关浪涌具有相同的含义。详细说明，请参见2-2-3节。由于产生了很高的电压，且短暂而又高频电流的流动传播无线电波，所以会造成电路故障或导致周边电子设备故障。

开关电源是通过使用半导体使电流间歇性流动，来改变电压和频率的一种电路。由于中断电流部分产生高频能量，当此能量泄漏到外部时便会造成噪声干扰。例如，图2-2-7中所示的断路器型DC-DC转换器通过使用晶体管使直流电流间歇性流动而输出电压。此类间歇性电流内含高频能量。尽管大部分能量通常被输入电容和/或输出平滑电路所吸收，但即使是少量泄漏也会成为周边电路的噪声源。为了消除开关电源时产生的噪声，除了输入电容器和/或输出平滑电路以外，还使用了LC低通滤波器（通过改善输入电容器和输出平滑电路的性能，也可以抑制噪声）。

除了DC-DC转换器以外，驱动电机的逆变器也是能产生噪声的开关电源的一种类型。

（断路器型降频转换器的简单模型）

图2-2-7 由DC-DC转换器产生噪声的机制

相比之下，把电源作为噪声受害方来看，电源是相对较难受到影响的电路。由于内部使用的能量较大，所以不容易受干扰的影响。

但电源可以是噪声传导的路径。如图2-2-8中所示，电源线是电子设备相互直接连接的导体，是噪声的一个重要传导路径。例如，当电子设备受到噪声影响时，或当电子设备发射噪声时，交流电源线便成为噪声的出入口。因此，很多电子设备在电源线中使用了EMI静噪滤波器。图2-2-9所示为交流电源EMI静噪滤波器的配置示例。

由于电源所使用的EMI静噪滤波器通常会吸取比信号电流明显更大的电流，因此需要有大电流吸取能力的元件。

图2-2-8 通过交流电源线连接电子设备

图2-2-9 交流电源线EMI静噪滤波器的配置示例

图2-2-10 以EMC为例电源电路的特性

由于静电放电或开关切换而意外产生的过高电压或电流称为浪涌。由于电压和/或电流的电平明显大于正常电路运行的情况，因此会引起故障或损坏电路。为了防止发生此情况，在浪涌会进入的线路中使用了浪涌吸收元件。
典型的浪涌是静电浪涌、开关浪涌和雷击浪涌等。浪涌是EMC措施的主要类别之一。总结如下:

(1) 静电浪涌

如图2-2-11中所示，浪涌是一个短暂的噪声，是当人体或设备中所承受的非常小（约数个100pF）的浮动静电电容中积聚的电荷，释放到电子设备或周围物体上时便会发生。尽管其能量很小，但其电压会高到几个kV或更高，且有较大电流瞬间流过。因此，如果直接施加在电路上，则会损坏电路。即使未直接施加，但当信号线受到电磁感应或当电源或接地的电势有波动，电路就可能会产生故障。

以IEC61000-4-2为例进行模拟静电浪涌测试。请参考测试详细内容。
如图2-2-12所示，为了减少静电荷干扰，

• 用绝缘体覆盖以阻止放电，或者用金属覆盖转移电荷。
• 通过一个不影响电路的通路释放放电电流（释放到大地，以免流入信号接地: SG）。
• 使用适当的浪涌吸收元件。

图2-2-11 静电浪涌的进入

图2-2-12 静电浪涌保护电路方法

(2) 开关浪涌

当因继电操作或切换开关而使电流突然变化时（特别在关闭电路时），由于电路的固有电感，在接触点会遭受瞬时高电压。此现象称为开关浪涌。2-2-2节中提到的接触噪声是由开关浪涌引起的噪声。

由于产生了过高的电压，因此会产生如图2-2-13和2-2-14所示的电火花，或通过接触点的浮动静电电容与电感产生谐振，由于强烈的阻尼振荡电流而可以传播无线电波。因此，会损坏共享电路的其他电子设备，或造成设备故障。由于此阻尼振荡电流中包含高频成分，因此会对收音机和电视机造成接收干扰。

由于产生阻尼振荡电流的谐振是噪声抑制中的一个重要课题，因此会在其他章节中作进一步说明。

除了继电器和开关以外，由直流电机产生的噪声也常常是由整流子切换电流而产生的。因此，这也可以认为是开关浪涌的一个类型。

如图2-2-15所示，为了减少开关浪涌的干扰，

• 在接触点使用电容器、压敏电阻和缓冲电路等浪涌吸收元件。
• 提供屏蔽切断所有电磁效应。
• 将EMI静噪滤波器用于噪声传递线路和受影响电路。

为了只通过屏蔽和滤波器达到一定的改善，了解哪些部分会是噪声的路径和天线尤其重要。例如，在图2-2-15中，仅屏蔽开关部分在大多数情况下不会有任何改善（由于屏蔽外部的线路起到了天线的作用，并发射大量无线电波）。

（拔出烤箱的电源插头时发出火花，收音机发出噪声）
图2-2-13 由于开关浪涌产生噪声干扰示例

图2-2-14 产生开关浪涌的机制

图2-2-15 开关浪涌的噪声抑制示例

(3) 雷击浪涌

由于雷击是一个自然现象，且具有巨大能量，要提供保护防止直接击中是非常困难的。在许多情况下，不是提供保护防止直接击中，而是使用电子设备进行保护，防止雷电感应。

雷击感应是是当电子设备附近发生雷击时，电源线或通讯线等相对较长线路上感应出的高电压。产生雷击感应的可能机制是: 由于雷雨云产生的电场，电荷感应到电线，然后电荷通过雷击被释放；或由于雷击电流产生的磁场在电线中产生感应电动势。直接雷击并不厉害，但雷击感应具有很大的能量，足以损坏电路。因此需要进行保护。

为了提供保护防止雷击感应，在电子设备电源线和通信线进出部分需要使用诸如压敏电阻等浪涌吸元件。

图2-2-16 没有雷电直接击中浪涌即可从电源线或天线导线进入

由于有助于简化电子设备设计和显著提高性能，数字电路在电子设备中得到了广泛应用。另一方面，数字电路相对而言更容易产生噪声，也需要根据噪声规定采取针对“不需要的辐射噪声”的措施。

图2-3-1展示了使用数字电路的电子设备可能发出的噪声的类型。通常，噪声在很宽频率范围内产生，如果与电视和/或收音机等电子设备的频率重叠，就会造成接收干扰。本章节将介绍数字电路产生这些噪声的机制。

图2-3-1 数字电路用于各种电子设备并成为噪声的起因

如图2-3-2所示，数字电路通过切换高低信号电平操作电路，从而传输信息。切换信号电平的瞬间，高频电流流过信号线。电流不仅在信号线中流动，也在电源和接地中流动。数字电路中使用的这些高频电流被视为噪声的起因。章节2-3-2将进一步介绍这些电流。

图2-3-2 数字信号的示例（4MHz时钟脉冲）

图2-3-3和2-3-4展示了通过改变数字电路产生的噪声和信号频率所测量的示例。图中以时钟脉冲发生器作为数字电路的示例，并通过放置在三米外测量区域（电波暗室）内的天线测量发生器产生的噪声。在时钟脉冲发生器的信号频率从4MHz变为20MHz再变为66MHz期间，观察噪声发生变化的频率间隔和水平。这样就能在时钟信号的离散频率处观察噪声，这些成分被称为信号的谐波。将在下一章节中进一步讲述谐波。

在图2-3-4中的噪声测量结果中，H表示的线显示了水平极化无线电波的测量结果，而V表示的线显示了垂直极化无线电波的测量结果。在本课程中，除非另行说明，下列各图都将使用这一规则。

图2-3-3 测量配置

图2-3-4 数字电路所发出噪声的示例

为阐释数字电路产生的噪声，我们以一个由两个IC间的信号线组成的简化电路为例。

如图2-3-5所示，我们考察这样一种情形: 一根连接两个数字IC的信号线传输信息。两个IC间的电流可以简化为如图2-3-6所示。[参考文献 4]

在图2-3-5和2-3-6中，一根信号线将信号从左侧驱动器传输到右侧驱动器。连接与电源侧或接地侧驱动器内信号线相连的开关（包括一个晶体管），可能使信号电压发生变化。当驱动器侧的开关打开时，输入终端的电容（多个pF的极少量静电容量）在接收器侧充电或放电。当驱动器输出的信号电压根据电容的充电和放电变化时，信息从驱动器传输到接收器。

图2-3-7展示了切换瞬间电流和电压的示意图。图2-3-7还展示了针对驱动器IC输出电阻(R)的建模。信号电平切换的速度视输出电阻和电容而变。请注意，本模型经过了大量简化，仅能展示电路的运行，而不足以解释噪声。后文中将介绍更为实际的模型。

在这种情况下，两个IC间的电流流经图2-3-6中电容充电侧的橙色路径，在放电侧则流经图中的蓝色路径。这一电流使数字电路产生噪声。

图2-3-5 连接数字电路的线路的示例

图2-3-6 数字电路的运行模式

图 2-3-7 信号电平改变时电流的流动

由于此时电流是电容（电容器）充电和放电所产生的，在信号切换的瞬间，电流像长钉一样流动，如图2-3-8(b)所示。这种波形包含各种频率，通过用作天线的线路发射出来，从而造成噪声干扰。根据电路的寄生电感，电流的突然变化会造成感应电压。电压也成为噪声的起因。
因为噪声源是驱动器内的切换开关，所有可以说在图2-3-5的模型中噪声源在驱动器内。

图2-3-8 线路中电流流动图

图2-3-6指出了另一种绿色电流。这种电流被称为短路电流，也会成为一种噪声起因。 因为当驱动器内的开关切换时，C-MOS数字IC只在一瞬间使电源和接地相互连接，会产生如图2-3-8(b)中(3)所示的类似长钉的电流。这种电流被称为短路电流。它不会流进信号线，但会作为急剧变化的电流流进电源和接地。因此，这种电流可能成为电源和接地中噪声的起因之一。图2-3-8显示，短路电流流过驱动器内开关的上方和下方。

与信号电流不同，在信号上升和下降时短路电流的方向相同。因此，从频率的角度而言，其频率是双重信号循环频率。有时，牢记这个性质有助于区分噪声源或路径与产生的噪声