回路面積控制對于解決EMC問題有著重要意義，直接關系到干擾和抗干擾的能力。一般談到回路面積，其實就是說信號電流的路徑問題。這里有一個基本事實是：電流總是在閉合的回路中流動，而且總是從阻抗最小的路徑上通過，尤其是我們關心的高頻信號，所以電路設計者必須控制它在電路板上面的位置。也就是控制最小阻抗路徑。

一般對于控制阻抗的方法是控制寄生參數。這里我們討論信號耦合對于阻抗控制的作用。


圖1  走線可彼此耦合

如圖1，根據楞次定律，走線1上流過一個變化的電流i1變化的電流會在走線1周圍產生一個變化的磁場。這個磁場會以系數k耦合到走線2上(系數值一般在0.4-0.6之間，距離的減小和信號上升時間減小都會增加K值)。考慮i1是信號，i2是回流信號的情況，這樣耦合信號k×i1(與i1方向相反)將有助于回流信號的流動，而i2同樣也會耦合到i1，推動i1流動。所以它們之間的耦合加強了彼此的效果。這種效果可以從兩個方面來解釋：①由于電流相互加強，所以只需要較小的電壓就可以推動同樣的電流在電路中流動；②由于電流被加強了，所以同樣的電壓可以推動更大的電流流動。根據歐姆定律V=IZ,說明當這種類型的耦合存在時，阻抗會降低。


圖2  走線及其下面參考層的斷面觀察圖

如圖2，當我們考慮走線和參考層時。信號電流在走線上流過，回流電路在參考層中流過。那么C點由于離信號電流更近，所以C點的耦合更強，阻抗更小。因此這里有著最大的耦合和最小的阻抗。這也是為什么高速信號的回流電流趨向于直接在走線下面流過的原因，因為這條通路阻抗最小。而且，當信號上升時間變快，這趨勢會加強。

常見的一些實際應用
1、帶屏蔽層和沒有屏蔽層的電源線在進行輻射發射測試時：電源線可以和屏蔽層產生耦合，促使共模信號回流面積的減小。這樣對于輻射發射有很好的改善。
2、有參考層和沒有參考層的信號線在進行抗擾度測試時時：由于回流阻抗的減小，降低脈沖干擾，增強抗擾度能力。
回流面積是控制輻射發射的一個重要考量因素；而阻抗的控制對于回流路徑有著決定性的作用。回流路徑又直接關系著回流阻抗和回流面積。所以阻抗的控制是解決EMC問題的關鍵。控制阻抗有很多手段，本文介紹的信號耦合，希望能夠為大家提供一個較好的思路。
作者：李義君、丁影