頻譜分析及潛在的干擾

2.3 所有電纜受其固有電阻、電容、電感影響
暫時不考慮場和天線的作用，先看下面幾個簡單的例子。這些例子可以說明：在常用的頻率范圍內(nèi)，與理想狀態(tài)微小的偏差也會導致導體上所傳輸?shù)男盘柍霈F(xiàn)問題。
* 直徑1mm 的導線，在160MHz 時，其電阻是直流狀態(tài)時的50 倍還要多，這是趨膚效應(yīng)的結(jié)果，迫使67%的電流在該頻率處流動于導體最外層5 微米厚度范圍內(nèi)。
* 長度為25 mm，直徑為1 mm 的導線具有大約1pF 左右的寄生電容。這聽起來似乎微不足道，但在176MHz時呈現(xiàn)大約1kO 的負載作用。若這根25 mm 長的導線在自由空間中，由理想的峰-峰電壓為5V、頻率為16MHz 的方波信號驅(qū)動，則在16MHz 的十一次諧波處，僅驅(qū)動這根導線就要0.45mA 的電流。
* 連接器中的引腳長度大約為10mm，直徑為1 mm，這根導體具有大約10nH 左右的自感。這聽起來也是微不足道的，但當通過它向母板總線傳輸16MHz 的方波信號時，若驅(qū)動電流為40mA，則連接器針上的電壓跌落大約在40mV 左右，足以引起嚴重的信號完整性和/或EMC 方面的問題。
* 1 米長的導線具有大約1μH 左右的電感，當把它用于建筑物的接地網(wǎng)絡(luò)時，便會阻礙浪涌保護裝置的正常工作。
* 濾波器的100 mm 長的地線的自感可達100nH，當頻率超過5MHz 時，會導致濾波器失效。
* 4 米長的屏蔽電纜，如果其屏蔽層以長度為25mm“小辮”方式端接，則在30MHz 以上的頻率就會使電纜屏蔽層失去作用。
經(jīng)驗數(shù)據(jù)：對于直徑2 mm 以下的導線，其寄生電容和電感分別是：1pF / 英寸和 1 nH/毫米（對不起沒有統(tǒng)一單位，但這更容易記憶）。其簡單的算術(shù)關(guān)系式如下：

2.4 避免使用導體
以上的種種分析表明：隨著頻率升高，電纜的問題越來越多。用它來完整地傳輸信號和防止它產(chǎn)生泄漏越來越困難。
即使對諸如音頻之類的低頻信號，電纜也開始呈現(xiàn)越來越多的問題。由于所有的半導體器件在直到數(shù)百MHz的頻段（即使象LM324 之類的低速運放）內(nèi)都具有晶體檢波器的特性，所以電纜天線效應(yīng)會使音頻信號不知不覺地受到污染。
因此，從以最經(jīng)濟的手段滿足EMC 要求的角度來說，最好徹底避免金屬電纜和連接器。可以使用非金屬導線進行通信，目前已經(jīng)有許多類似的產(chǎn)品出現(xiàn)，包括：
* 光纖（更適宜非金屬導線場合）
* 無線通信（例如：Bluetooth；局域網(wǎng)）
* 紅外（例如：IrDA）
* 自由空間微波和激光通信（例如：兩建筑物之間）

2.4.1 非導體產(chǎn)品的成本/效益分析
許多設(shè)計人員認為：只有采用傳統(tǒng)的電纜和導線才能壓縮成本。但當考慮到一個完整項目的成本、產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容性、安裝等諸多因素時，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，光纖或無線通信的總成本較低。當然，這時一切都晚了。
對于信號電纜及連接器而言，除了最簡單的電子產(chǎn)品以外，原材料價格與銷售價格沒有什么必然的聯(lián)系。對信號完整性、EMC 兼容性、過充電的危險、高返修率的風險、質(zhì)量投訴、產(chǎn)品滯銷等方面進行正確的成本/效益分析是十分必要的。
設(shè)計工程師們不愿考慮他們設(shè)計出的產(chǎn)品所具有的商業(yè)風險，但他們是唯一決定產(chǎn)品是否具有競爭力的人（通常需求是由市場人員提出）。但是，如果電子工程師們一味地只考慮產(chǎn)品的功能參數(shù)和原材料價格，那么，他們公司將失去競爭優(yōu)勢，同時還會承受不可預測的商業(yè)風險。