实用EMI噪讯对策讲座基础物理篇

几乎所有的电子硬件工程师工作上都会面临不同程度的电磁波干扰(EMI)问题，尤其是最近几年电子产品逐渐朝高功率、高传输速率、小型化方向发展，使得EMI问题越来越复杂多样化，事实上这正意味着充分掌握EMI特性，同时在设计阶段事先导入预防措施采取正确的防范对策，才是有效克服日趋严格的EMI/EMC挑战最佳手段。本文将从基础物理的角度说明EMI信噪的定义与判别要素。
 
信号与噪讯
a.信号与噪讯的定义
所谓信号「Δ」是指相互隔离场所，利用光、电气等符号进行信息交流时的符号而言，此处所指的符号Δ是指表达语言、文字等信息时的记号体系。本实用EMI噪讯对策技术讲座所谓信号，则是指电气性的信号而言，通常电气性信号大多使用电压Δ或是电流Δ等符号。在模拟Δ信号有所谓的电压大小信号，它表示大小的信息，即使数字Δ信号也是直接使用模拟信号的电压，两者最大差异是数字信号利用大小，亦即0或是1的2值决定，而不是利用某个额定电压值决定信号的大小。

以上介绍的方式虽然是最基本的信号表示方法，不过也有其它表示方法经常被使用，例如在频率变调Δ领域，通常利用频率Δ表示信息。此外数字信号除了上述2值之外，偶而会使用3值以上的多值表示，由于2值信息比3值以上的信息处理上更容易，因此目前大部份的场合都使用2值方式。 如图1所示信号分为内载必要信息的信号(signal)与妨害该信号的噪讯(noise)两大类，广义上信号是必要信号与噪讯两者的组合，一般使用狭义定义，狭义上只将必要信号称为信号，原则上本讲座中的信号是指狭义的信号而言，使用特殊广义定或是要求明示时，利用一种被称为电气性信号作区隔。
　

图1 信号与噪讯的差异
　
b.信号歪斜与噪讯
刻意使信号歪斜使该结果成为期待的信号，此时刻意使信号歪斜的操作称为信号处理，非刻意的信号歪斜会妨害期待的信号，它相当于噪讯的定义，换言之它是信号本身歪斜造成噪讯发生。信号处理的用语通常使用数字信号或是模拟信号表示，在数字技术它被当作处理的意味，一般更广泛定义亦即在模拟信号中它包含处理的含意，因此使用信号处理的用语。
　

图2 信号的歪斜

c. S / N 比
信号与噪讯的大小一般以电力(power)「W 」表示，电力是指单位时间的能量Δ( J，焦尔)，亦即:

电力( W ) = 能量( J ) / 时间( s )

噪讯通常用信号对噪讯比S/N方式表示，而不是用绝对值表示，亦即:

至于电力比则以分贝(dB: decibel)表示，以对数表示电力比称为贝尔(B:Bel)，由于它所指的「比」原本是无次元数不过常被使用，因此特别添加单位名称Δ，成为贝尔(单位为1/10，数值变成10倍)。

分贝也使用在电压比，电压比的场合:

　　　　贝尔=20分贝
此处假设:
　　　　P : 电力
　　　　V : 电压
　　　　R : 阻抗 ( 电阻 )

消费电力与施加于阻抗的电压可用下式表示:

P = V2 / R

由于贝尔的定义为电力比，因此电压比以贝尔表示时必需换算成电力比，此时2次方在对数变成2倍(此处请读者注意，贝尔为电力与电压时完全不同)。

电流比与电压比同样是:

贝尔 = 20分贝

如上所述S/N以电力比表示，不过信号通常利用电压表示它的大小或，是利用电压传输，因此以电压比或是电压评鉴，被视为适宜的情况相当多。