回路面積控制對(duì)于解決EMC問(wèn)題有著重要意義，直接關(guān)系到干擾和抗干擾的能力。一般談到回路面積，其實(shí)就是說(shuō)信號(hào)電流的路徑問(wèn)題。這里有一個(gè)基本事實(shí)是：電流總是在閉合的回路中流動(dòng)，而且總是從阻抗最小的路徑上通過(guò)，尤其是我們關(guān)心的高頻信號(hào)，所以電路設(shè)計(jì)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(duì)于控制阻抗的方法是控制寄生參數(shù)。這里我們討論信號(hào)耦合對(duì)于阻抗控制的作用。
圖1 走線可彼此耦合
如圖1，根據(jù)楞次定律，走線1上流過(guò)一個(gè)變化的電流i1變化的電流會(huì)在走線1周?chē)a(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)以系數(shù)k耦合到走線2上(系數(shù)值一般在0.4-0.6之間，距離的減小和信號(hào)上升時(shí)間減小都會(huì)增加K值)。考慮i1是信號(hào)，i2是回流信號(hào)的情況，這樣耦合信號(hào)k×i1(與i1方向相反)將有助于回流信號(hào)的流動(dòng)，而i2同樣也會(huì)耦合到i1，推動(dòng)i1流動(dòng)。所以它們之間的耦合加強(qiáng)了彼此的效果。這種效果可以從兩個(gè)方面來(lái)解釋?zhuān)孩儆捎陔娏飨嗷ゼ訌?qiáng)，所以只需要較小的電壓就可以推動(dòng)同樣的電流在電路中流動(dòng)；②由于電流被加強(qiáng)了，所以同樣的電壓可以推動(dòng)更大的電流流動(dòng)。根據(jù)歐姆定律V=IZ,說(shuō)明當(dāng)這種類(lèi)型的耦合存在時(shí)，阻抗會(huì)降低。
圖2 走線及其下面參考層的斷面觀察圖
如圖2，當(dāng)我們考慮走線和參考層時(shí)。信號(hào)電流在走線上流過(guò)，回流電路在參考層中流過(guò)。那么C點(diǎn)由于離信號(hào)電流更近，所以C點(diǎn)的耦合更強(qiáng)，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(hào)的回流電流趨向于直接在走線下面流過(guò)的原因，因?yàn)檫@條通路阻抗最小。而且，當(dāng)信號(hào)上升時(shí)間變快，這趨勢(shì)會(huì)加強(qiáng)。
常見(jiàn)的一些實(shí)際應(yīng)用
1、帶屏蔽層和沒(méi)有屏蔽層的電源線在進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試時(shí)：電源線可以和屏蔽層產(chǎn)生耦合，促使共模信號(hào)回流面積的減小。這樣對(duì)于輻射發(fā)射有很好的改善。
2、有參考層和沒(méi)有參考層的信號(hào)線在進(jìn)行抗擾度測(cè)試時(shí)時(shí)：由于回流阻抗的減小，降低脈沖干擾，增強(qiáng)抗擾度能力。
回流面積是控制輻射發(fā)射的一個(gè)重要考量因素；而阻抗的控制對(duì)于回流路徑有著決定性的作用。回流路徑又直接關(guān)系著回流阻抗和回流面積。所以阻抗的控制是解決EMC問(wèn)題的關(guān)鍵。控制阻抗有很多手段，本文介紹的信號(hào)耦合，希望能夠?yàn)榇蠹姨峁┮粋€(gè)較好的思路。
作者：李義君、丁影
