电磁兼容导论第9章、第10章部分答案
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电磁场与电磁兼容_北京交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.电磁兼容研究的频率范围非常窄。
参考答案:错误2.麦克斯韦方程组的微分形式描述了空间电磁场与场源之间的关系。
参考答案:正确3.滤波器的金属外壳不一定要大面积地贴在金属机箱的导电表面上。
参考答案:错误4.传播系数是一复数,其实部为相位系数,虚部为衰减系数。
参考答案:错误5.对低频磁场的屏蔽采取()参考答案:高导磁率材料6.电磁波在导体中传播时,不会产生欧姆损耗。
参考答案:错误7.高频电路中使用镀银导线,目的不是降低损耗。
参考答案:错误8.同一根导线,传输的信号频率越高其阻抗()参考答案:越大9.选用合适的特性阻抗的传输线,用()的传输线可以实现两个阻抗之间的阻抗匹配。
参考答案:λ/410.正弦均匀平面波电场与传播方向()。
参考答案:垂直11.对于无损耗传输线衰减系数为()参考答案:12.屏蔽效能表征了屏蔽体对电磁波的衰减程度。
参考答案:正确13.下列哪些措施不能够减小地线阻抗()参考答案:导线加长14.偶极子天线的终端始终是电流的波腹。
参考答案:错误15.天线用作发射和接收的方向性函数相等。
参考答案:正确16.对静电场的屏蔽采取()参考答案:良好接地的良导体17.电磁兼容三要素包括电磁骚扰源、传输途径(耦合途径)和敏感设备。
参考答案:正确18.电磁干扰不能够造成设备损坏。
参考答案:错误19.强电磁辐射不会影响人体健康。
参考答案:错误20.国家对强制性产品认证使用统一的标志()参考答案:CCC21.1W=( )dBm参考答案:3022.1V=( )dBmV参考答案:6023.改善敏感设备抗干扰性能是一项系统工程。
参考答案:正确24.电偶极子辐射的波在远区为()。
参考答案:横电磁波25.在自由空间,电偶极子的辐射功率与频率的平方成()关系。
参考答案:正比26.偶极子天线辐射功率最大值在与天线夹角()度处。
参考答案:9027.磁场强度沿任意闭合路径的环流量等于回路所包围的()的代数和。
第10章电磁屏蔽技术本章主要介绍电磁屏蔽的基本原理、屏蔽体屏蔽效能的计算方法、屏蔽体的不完整性对屏蔽性能的影响,以及屏蔽体的设计方法。
另外也介绍了接缝的屏蔽保证技术,以及屏蔽体上开孔的处理方法。
1 电磁屏蔽的基本概念1.1 电磁屏蔽的概念及分类屏蔽是电磁干扰防护控制的最基本方法之一。
电磁屏蔽是指对电磁波产生衰减作用。
其目的有两个方面:一是控制内部辐射区的电磁场,不使越出某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域,如图3.10-1所示。
因此,屏蔽的方法也是电磁干扰的空域控制方法。
屏蔽可以大如一个安装有整体金属材料的建筑物(如大型测试场所或实验场所),小到柔软的电缆金属编织带。
常见的屏蔽如仪器设备的金属外壳。
(a) 外部电磁场的屏蔽(b) 内部电磁场的屏蔽图3.10-1 电磁屏蔽的目的通常采用金属导体作为屏蔽体材料,但屏蔽体材料及结构的选择,则取决于屏蔽性质的类别及要求。
屏蔽性质的分类,从要屏蔽的电磁场的性质来划分,有电场屏蔽(静电场屏蔽及交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(静磁场屏蔽及交变磁场屏蔽)及电磁场屏蔽(同时存在电场及磁场的辐射电磁场的屏蔽)等。
从屏蔽体的结构分类,可以分为完整屏蔽体屏蔽(屏蔽室或屏蔽盒等〕、非完整屏蔽体屏蔽(带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等)以及编织带屏蔽(电缆等)。
1.2 电磁屏蔽效能采用屏蔽体的目的是要削弱干扰电磁场。
屏蔽体的电磁屏蔽效能一般可有如下几种表示方法。
第一,采用屏蔽系数s η表示。
屏蔽系数指被干扰的导体(或电路)在加屏蔽后感应的电压S V 与未加屏蔽时感应电压0V 的比,即(无屏蔽)有屏蔽0)(V V S s =η (3.10-1) s η越小,表示屏蔽效果越好。
第二,采用传输系数T 表示。
传输系数T 系指加屏蔽后某一测点的场强(E s ,H s )与同一测点未加屏蔽时的场强(E 0,H 0)的比,即:(无屏蔽)有屏蔽0)(E E T s = (对于电场) (3.10-2) (无屏蔽)有屏蔽0)(H H T s = (对于磁场) (3.10-3) T 愈小,表示屏蔽效果愈好。
9.4.10 Repeat Problem 9.4.8 for the ribbon cable of Problem 9.4.3 where [ ]解:1m L H μ= m 250C pF = 63.25s L NE FE R R R R ====Ω ()S V t 为1MHz,5V,占空比50%,上升/下降时间为50ns远近端串扰系数:6911*10 3.96*10263.25*2INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++ 129m 63.25250*10==3.95*1022CAPCAPNE FE L NE FENE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅⋅++ 69m 11*10 3.95*10263.25*2INDFE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-⋅=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns -== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.79NE V V =远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0FE V =9.4.11 Repeat Problem 9.4.8 for the problem of two wires over a ground plane of problem9.4.4.[ ]解:2/m l nH m = 0.6/m c pF m = 2m = 0S R = 50L R =Ω 100NE R =Ω 200FE R =Ω导线上总电感94*10m m L l H -==总电容121.2*10m m C c F -==远端和近端串扰系数9111004*10 2.67*10100200050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++++ 1211m 200=*1.2*10=8*103CAP CAP NE FE L NE FE NE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅++ 911m 8*10 5.33*10150IND FE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns-== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.0106710.67NE V V mV ==远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0.00267 2.67FE V V mV ==9.7.2 For the line in Problem 9.7.1, determine the frequency where the shield will affect the inductive coupling when it is grounded at both ends.[970 Hz]解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 设导线长为拐点频率SH f364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 即所求频率为970Hz9.7.3 If the shield in Problem 9.7.1 is grounded at both ends, the line length is 2m and determine the near-end crosstalk transfer ratio at 100 Hz, 1 KHz, 100 KHz, and 10 MHz.[ , , , ] 解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 0.4575/GS l mH m =2m = 0S R = 1L R k = 100NE R =Ω 50FE R =Ω因为两端接地,所以容性耦合为0拐点频率 364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 100SH f Hz f =< 1SF =6622*0.4575*1022*1000.383*1031000NE NE GR S NE FE S L V R L j f SF j j V R R R R ππ--=⋅⋅=⋅=++ 所求为60.383*10- 1SH f kHz f => SH SHR SF j L ω≅所求为: 62 3.72*10NE NE GR SH S NE FE S L SHV R L R j f V R R R R j L πω-=⋅⋅=++ 当SH f f >时,感性耦合和频率的变化无关,所以100f kHz = 10f MHz =时,所求值不在变化,均为63.72*10-9.7.4 For the ribbon cable shown in Fig. P9.3.4 assume the total mutual inductance and mutual capacitance to be and . If is a 1 MHz sinusoid of magnitude 1 V, and the termination impedances are , determine the near-end crosstalk if a shield is placed around the receptor wire and the shield is only connected to the near end of the reference wire. [12.57mV] How much does the shield reduce the crosstalk?[10.88dB]解:0.4m L H μ= 400m C pF = 50S L NE FE R R R R ====Ω因为接收导线和参考导线近端相连,故容性融合为00CAP NE M = 感性融合系数:6610.4*100.002*1025050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=+++ 此脉冲串的“摆动速率”为: 66()2*10(2*10)S dV t COS t dtππ= 则()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+66()()()0.002*10*2*100.0125612.56IND CAP S NE NE NE dV t V t M M V mV dtπ-=+=== ()()() 3.5IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt =+=1020log 3.510.88dB R dB== 屏蔽层能减少干扰10.88dB10.2.4 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20 mil steel (SAE1045) barrier at 30 MHz, 100 MHz, and 1 GHz, assuming a far-field source. [53.23 dB, 3656.6 dB, 48 dB, 6676.0 dB, 38 dB, 21,111 dB]解:32020*10t mil inch -== 1000r μ= 0.1r σ= 63030*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()53.231000*30*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*103656.6dB A dB-=== 6100100*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()48.01000*100*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*106676.0dB A dB-=== 911*10f GHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101090.116810log ()16810log ()38.01000*1*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*1021111.4dB A dB -===10.3.1 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near-field electric source that is a distance of 5 cm from the shield.[188.02 dB, 66.76 dB, 158.02 dB, 211.11 dB, 128.02 dB, 667.6 dB]解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近电场情况下 31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103233220.132210log ()32210log ()188.021000*(10*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*1066.76e dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103253220.132210log ()32210log ()158.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11e dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103263220.132210log ()32210log ()128.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6e dB A dB -===10.3.2 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE 1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near-field magnetic source that is a distance of 5 cm from the shield. [211.45 dB use R = 0, 66.76 dB, 21.45 dB use R =0, 211.11 dB, 8.55 dB, 667.6 dB] 解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近磁场情况下 31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2422,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()11.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=-, 3.338 3.338*20*1066.76m dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2522,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()21.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11m dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2622,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()8.551000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6m dB A dB -===。
选择题1、媒体常提及以下令人头疼的环境污染公害有水质、空气、噪音和电磁污染等,属于电磁兼容涉及内容的是_ _2、1881年英国科学家希维赛德发表了《__论干扰_》一文,从此拉开了电磁干扰问题的序幕。
P113、电磁兼容的英文名称或简称是_EMC___p74、我国2000年正式启动中国电磁兼容认证制度,被包含在其后发布推行的3C认证内容中(3C标志)电子产品需要通过3C认证,3C认证是指___中国强制认证___5、理想的电磁屏蔽材料应该有良好的导电性和导磁性,因此,下述材料(铜、钢、铝、硅钢等)作为屏蔽材料时,其电磁屏蔽效能最好的是___硅钢___6、EMI(Electromagnetic interface 电磁干扰)滤波器在安装时,正确的是___可靠地接机壳____P168【可靠地接机壳】7、常用EMI滤波原件是电容(C)电感(L)具有独特的材料和结构,其主要目的_______ 【减少寄生】p1558、共模扼流圈常常被附加做电源输入线,其主要作用是________【抑制共模干扰】P1559、通常EMI滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器四类。
但由于干扰信号频谱通常远高于有用信号频谱,所以,_低通__滤波器最为常用。
P13310、为保持电磁屏蔽的完整性,需在屏蔽体开显示窗口的地方,必须进行特殊处理,下面处理“不当”的是_普通处理(加玻璃)、特殊处理(加金属网,隔离舱,截止波导管)__P198 11、有人说:接地对电子系统的重要性无论如何强调都不过分。
下述关于“接地”的说法正确的是_P203___12、当双面PCB板布线时,为减少线间的信号寄生耦合,两面的导线应尽量避免_相互平行P220_【相互垂直、平行、斜交、弯曲走线】13、在PCB布线中,尽量_减少_信号线与地线(最短)围成的面积,是增强电路抑制噪声能力的“武林秘笈”之一。
接地或电源的图形尽可能要与数据流动的方向平行,就是这个秘笈具体的体现。
电磁兼容基本知识问题及答案(原)电磁兼容课程作业(问答58题)1.为什么要对产品做电磁兼容设计?答:满足产品功能要求、减少调试时间,使产品满足电磁兼容标准的要求,使产品不会对系统中的其它设备产生电磁干扰。
2.对产品做电磁兼容设计可以从哪几个方面进行?答:电路设计(包括器件选择)、软件设计、线路板设计、屏蔽结构、信号线/电源线滤波、电路的接地方式设计。
3.在电磁兼容领域,为什么总是用分贝(dB)的单位描述?10V 是多少dBV?答:因为要描述的幅度和频率范围都很宽,在图形上用对数坐标更容易表示,而dB就是用对数表示时的单位,10V是20dBV。
4.为什么频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰?答:因为频谱分析仪是一种窄带扫频接收机,它在某一时刻仅接收某个频率范围内的能量。
静电放电等瞬态干扰是一种脉冲干扰,其频谱范围很宽,但时间很短,这样频谱分析仪在瞬态干扰发生时观察到的仅是其总能量的一小部分,不能反映实际干扰情况。
5.在现场进行电磁干扰问题诊断时,往往需要使用近场探头和频谱分析仪,怎样用同轴电缆制作一个简易的近场探头?答:将同轴电缆的外层(屏蔽层)剥开,使芯线暴露出来,将芯线绕成一个直径1~2厘米小环(1~3匝),焊接在外层上。
6.一台设备,原来的电磁辐射发射强度是300V/m,加上屏蔽箱后,辐射发射降为3V/m,这个机箱的屏蔽效能是多少dB?答:这个机箱的屏蔽效能应为40dB。
7.设计屏蔽机箱时,根据哪些因素选择屏蔽材料?答:从电磁屏蔽的角度考虑,主要要考虑所屏蔽的电场波的种类。
对于电场波、平面波或频率较高的磁场波,一般金属都可以满足要求,对于低频磁场波,要使用导磁率较高的材料。
8.机箱的屏蔽效能除了受屏蔽材料的影响以外,还受什么因素的影响?答:受两个因素的影响,一是机箱上的导电不连续点,例如孔洞、缝隙等;另一个是穿过屏蔽箱的导线,如信号电缆、电源线等。
9.屏蔽磁场辐射源时要注意什么问题?答:由于磁场波的波阻抗很低,因此反射损耗很小,而主要靠吸收损耗达到屏蔽的目的。
9.4.10 Repeat Problem 9.4.8 for the ribbon cable of Problem 9.4.3 where [] 解:1m L H μ= m 250C pF = 63.25s L NE FE R R R R ====Ω ()S V t 为1MHz,5V,占空比50%,上升/下降时间为50ns远近端串扰系数:6911*10 3.96*10263.25*2INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++ 129m 63.25250*10==3.95*1022CAPCAPNE FE L NE FENE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅⋅++ 69m 11*10 3.95*10263.25*2INDFE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-⋅=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns -== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.79NE V V =远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0FE V =9.4.11 Repeat Problem 9.4.8 for the problem of two wires over a ground plane of problem 9.4.4.[] 解:2/m l nH m = 0.6/m c pF m = 2m = 0S R = 50L R =Ω 100NE R =Ω 200FE R =Ω导线上总电感94*10m m L l H -==总电容121.2*10m m C c F -==远端和近端串扰系数9111004*10 2.67*10100200050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++++ 1211m 200=*1.2*10=8*103CAP CAP NE FE L NE FE NE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅++ 911m 8*10 5.33*10150IND FE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns-== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.0106710.67NE V V mV ==远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0.00267 2.67FE V V mV ==9.7.2 For the line in Problem 9.7.1, determine the frequency where the shield will affect the inductive coupling when it is grounded at both ends.[970 Hz] 解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 设导线长为拐点频率SH f364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 即所求频率为970Hz9.7.3 If the shield in Problem 9.7.1 is grounded at both ends, the line length is 2m anddetermine the near-end crosstalk transfer ratio at 100 Hz, 1 KHz, 100 KHz, and 10 MHz.[ , , , ] 解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 0.4575/GS l mH m =2m = 0S R = 1L R k = 100NE R =Ω 50FE R =Ω因为两端接地,所以容性耦合为0拐点频率 364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 100SH f Hz f =< 1SF =6622*0.4575*1022*1000.383*1031000NE NE GR S NE FE S L V R L j f SF j j V R R R R ππ--=⋅⋅=⋅=++ 所求为60.383*10- 1SH f kHz f => SH SHR SF j L ω≅所求为: 62 3.72*10NE NE GR SH S NE FE S L SHV R L R j f V R R R R j L πω-=⋅⋅=++ 当SH f f >时,感性耦合和频率的变化无关,所以100f kHz = 10f MHz =时,所求值不在变化,均为63.72*10-9.7.4 For the ribbon cable shown in Fig. P9.3.4 assume the total mutual inductance and mutual capacitance to be and . If isa 1 MHz sinusoid of magnitude 1 V, and the termination impedances are, determine the near-end crosstalk if a shield is placed around the receptor wire and the shield is only connected to the near end of the reference wire. [12.57mV] How much does the shield reduce the crosstalk? [10.88dB]解:0.4m L H μ= 400m C pF = 50S L NE FE R R R R ====Ω因为接收导线和参考导线近端相连,故容性融合为00CAP NE M = 感性融合系数:6610.4*100.002*1025050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=+++ 此脉冲串的“摆动速率”为: 66()2*10(2*10)S dV t COS t dtππ= 则()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+66()()()0.002*10*2*100.0125612.56IND CAP S NE NE NE dV t V t M M V mV dtπ-=+=== ()()() 3.5IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt =+=1020log 3.510.88dB R dB== 屏蔽层能减少干扰10.88dB10.2.4 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20 mil steel (SAE1045) barrier at 30 MHz, 100 MHz, and 1 GHz, assuming a far-field source. [53.23 dB, 3656.6 dB, 48 dB, 6676.0 dB, 38 dB, 21,111 dB]解:32020*10t mil inch -== 1000r μ= 0.1r σ= 63030*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()53.231000*30*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*103656.6dB A dB-=== 6100100*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()48.01000*100*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*106676.0dB A dB-=== 911*10f GHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101090.116810log ()16810log ()38.01000*1*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*1021111.4dB A dB -==10.3.1 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near-field electric source that is a distance of 5 cm from the shield. [188.02 dB, 66.76 dB, 158.02 dB, 211.11 dB, 128.02 dB, 667.6 dB]解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近电场情况下31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103233220.132210log ()32210log ()188.021000*(10*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*1066.76e dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103253220.132210log ()32210log ()158.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11e dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103263220.132210log ()32210log ()128.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6e dB A dB -===10.3.2 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE 1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near-field magnetic source that is a distance of 5 cm from the shield. [211.45 dB use R = 0, 66.76 dB, 21.45 dB use R =0, 211.11 dB, 8.55 dB, 667.6 dB]解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近磁场情况下 31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2422,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()11.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=-, 3.338 3.338*20*1066.76m dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2522,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()21.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11m dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2622,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()8.551000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6m dB A dB -===。
电磁兼容原理与技术课后答案什么是信号完整性(signal integrity)?信号完整性是指信号在信号线上的质量。
信号具有良好的信号完整性是指当在需要的时候,具有所必需达到的电压电平数值。
差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法什么是反射(reflection)?反射就是在传输线上的回波。
信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处,但是有一部分被反射了。
如果源端与负载端具有相同的阻抗,反射就不会发生了。
源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射,负载将一部分电压反射回源端。
如果负载阻抗小于源阻抗,反射电压为负,反之,如果负载阻抗大于源阻抗,反射电压为正。
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
什么是串扰(crosstalk)?串扰是两条信号线之间的耦合,信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。
容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。
PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。
什么是过冲(overshoot)和下冲(undershoot)?过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压。
下冲是指下一个谷值或峰值。
过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致过早地失效。
过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。
什么是振荡(ringing)和环绕振荡(rounding)?振荡的现象是反复出现过冲和下冲。
信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起,振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。
信号完整性问题通常发生在周期信号中,如时钟等,振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的,振荡可以通过适当的端接予以减小,但是不可能完全消除。
什么是地电平面反弹噪声和回流噪声?在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声(简称为地弹),如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面(0V)上产生电压的波动和变化,这个噪声会影响其它元器件的动作。
9.4.10 Repeat Problem 9.4.8 for the ribbon cable of Problem 9.4.3 where R S =R L =R NE =R FE =63.25Ω. [V NE,max =0.791,V FE,max =0]解:1m L H μ= m 250C pF = 63.25s L NE FE R R R R ====Ω ()S V t 为1MHz,5V,占空比50%,上升/下降时间为50ns远近端串扰系数:6911*10 3.96*10263.25*2INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++ 129m 63.25250*10==3.95*1022CAPCAPNE FE L NE FENE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅⋅++ 69m 11*10 3.95*10263.25*2INDFE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-⋅=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns -== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.79NE V V =远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0FE V =9.4.11 Repeat Problem 9.4.8 for the problem of two wires over a ground plane of problem9.4.4.[V NE,max =10.7mV,V FE,max =2.67mV ]解:2/m l nH m = 0.6/m c pF m = 2m = 0S R = 50L R =Ω 100NE R =Ω 200FE R =Ω导线上总电感94*10m m L l H -==总电容121.2*10m m C c F -==远端和近端串扰系数9111004*10 2.67*10100200050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=++++ 1211m 200=*1.2*10=8*103CAP CAP NE FE L NE FE NE FE S L R R R C M M R R R R --==⋅++ 911m 8*10 5.33*10150IND FE FE NE FE S L R L M R R R R --=-⋅=-=-++ 此脉冲串的“摆动速率”为:9()50.1*1050S dV t V dt ns-== 近端()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+ ,max 0.0106710.67NE V V mV ==远端()()()IND CAP S FE FE FE dV t V t M M dt=+ ,max 0.00267 2.67FE V V mV ==9.7.2 For the line in Problem 9.7.1, determine the frequency where the shield will affect the inductive coupling when it is grounded at both ends.[970 Hz]解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 设导线长为拐点频率SH f364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 即所求频率为970Hz9.7.3 If the shield in Problem 9.7.1 is grounded at both ends, the line length is 2m and R S =0,R L =1KΩ,R NE =100Ω,and R FE =50Ω determine the near -end crosstalk transfer ratio at 100 Hz, 1 KHz, 100 KHz, and 10 MHz.[0.38 x 10−6,2.67 x 10−6, 3.72 x 10−6, 3.72 x 10−6] 解: 4.43/s r m m =Ω 0.727/s l H m μ= 0.4575/GS l mH m =2m = 0S R = 1L R k = 100NE R =Ω 50FE R =Ω因为两端接地,所以容性耦合为0拐点频率 364.43*109702222*3.14*0.727.10SH s s SH SH s s R r r f Hz L l l πππ--===== 100SH f Hz f =< 1SF =6622*0.4575*1022*1000.383*1031000NE NE GR S NE FE S L V R L j f SF j j V R R R R ππ--=⋅⋅=⋅=++ 所求为60.383*10- 1SH f kHz f => SH SHR SF j L ω≅所求为: 62 3.72*10NE NE GR SH S NE FE S L SHV R L R j f V R R R R j L πω-=⋅⋅=++ 当SH f f >时,感性耦合和频率的变化无关,所以100f kHz = 10f MHz =时,所求值不在变化,均为63.72*10-9.7.4 For the ribbon cable shown in Fig. P9.3.4 assume the total mutual inductance and mutual capacitance to be L M =0.4μH and C m =400pF . If V S (t ) is a 1 MHz sinusoid of magnitude 1 V, and the termination impedances are R S =R L =R NE =R FE =50Ω, determine the near -end crosstalk if a shield is placed around the receptor wire and the shield is only connected to the near end of the reference wire. [12.57mV] How much does the shield reduce the crosstalk?[10.88dB]解:0.4m L H μ= 400m C pF = 50S L NE FE R R R R ====Ω因为接收导线和参考导线近端相连,故容性融合为00CAP NE M = 感性融合系数:6610.4*100.002*1025050INDNE m NE NE FE S L R L M R R R R --=⋅=⋅=+++ 此脉冲串的“摆动速率”为: 66()2*10(2*10)S dV t COS t dtππ= 则()()()IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt=+66()()()0.002*10*2*100.0125612.56IND CAP S NE NE NE dV t V t M M V mV dtπ-=+=== ()()() 3.5IND CAP S NE NE NE dV t V t M M dt =+=1020log 3.510.88dB R dB== 屏蔽层能减少干扰10.88dB10.2.4 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20 mil steel (SAE1045) barrier at 30 MHz, 100 MHz, and 1 GHz, assuming a far -field source. [53.23 dB, 3656.6 dB, 48 dB, 6676.0 dB, 38 dB, 21,111 dB]解:32020*10t mil inch -== 1000r μ= 0.1r σ= 63030*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()53.231000*30*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*103656.6dB A dB-=== 6100100*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101060.116810log ()16810log ()48.01000*100*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*106676.0dB A dB-=== 911*10f GHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:101090.116810log ()16810log ()38.01000*1*10r dB r R dB f σμ=+=+=3.338 3.338*20*1021111.4dB A dB -===10.3.1 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near -field electric source that is a distance of 5 cm from the shield.[188.02 dB, 66.76 dB, 158.02 dB, 211.11 dB, 128.02 dB, 667.6 dB]解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近电场情况下 31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103233220.132210log ()32210log ()188.021000*(10*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*1066.76e dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103253220.132210log ()32210log ()158.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11e dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:,10103263220.132210log ()32210log ()128.021000*(1*10)(5*10)re dB r R dBf r σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6e dB A dB -===10.3.2 Compute the reflection loss and absorption loss for a 20-mil steel (SAE 1045) barrier at 10 kHz, 100 kHz, and 1 MHz for a near -field magnetic source that is a distance of 5 cm from the shield. [211.45 dB use R = 0, 66.76 dB, 21.45 dB use R =0, 211.11 dB, 8.55 dB, 667.6 dB] 解:32020*10t mil inch -== 25*10r m -= 1000r μ= 0.1r σ=近磁场情况下 31010*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2422,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()11.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=-, 3.338 3.338*20*1066.76m dB A dB -===3100100*10f KHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2522,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()21.451000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10211.11m dB A dB -===611*10f MHz Hz ==时,反射损耗和吸收损耗分别为:2622,101010*(5*10)*0.114.5710log ()14.5710log ()8.551000rm dB r fr R dB σμ-=+=+=, 3.338 3.338*20*10667.6m dB A dB -===。