做汽车电子EMI测试时，有一种现象特别容易让人怀疑人生，同一块板子、同一个芯片、同一套参数，甚至连PCB都没改。
不接输出线，EMI测试好好的，接上一根2米长的输出线，频谱上突然冒出两个明显的峰，而且这两个峰并不是随机出现的。最近在逛MPS论坛的时候发现了一篇好文章（MPS原厂的原文资料，视频讲解，EMC整改课件文末有获取方式），大概情况是在一个典型的车载Class-D功放(2.2MHz，BTL，24.5W，模拟输入Class-D功放)测试中，2m输出线接上以后，传导EMI在大约30MHz和90MHz附近出现明显峰值，导致原本能够满足CISPR 25要求的设计出现超标，这篇文章详细讲解了整改理论分析计算过程。
问题来了，一根输出线，为什么有这么大的破坏力？
当然了，答案并不是简单一句线太长了，天线效应比较严重就能解释。真正的关键是啥呢？当输出线足够长以后，它已经不能再简单地看成一个普通的导线，而要把它当成一条传输线。而那两个EMI峰，本质上就是这条线参与形成的谐振。
以Class-D功放为例，芯片内部存在高速开关节点，这些节点最典型的两个特征就是高dv/dt和高di/dt。高速电压变化会通过寄生电容产生位移电流，高速电流变化则会通过寄生电感、互感产生干扰。
对于长线负载来说，噪声大致存在这样一条路径：开关节点 → 输出滤波器 → 输出线 → 输出线对地阻抗 → 参考地 → LISN → EUT
所以，分析这个问题时，有一个参数特别重要输出线对地的阻抗ZP，除此之外，开关节点与参考地之间的寄生电容CSWP，也会给共模噪声提供回路，这时候可以利用替代定理，把复杂的开关电路等效成噪声电压源、噪声电流源，再利用叠加定理分别分析。
如果能，EMI自然就上来了！
那为什么输出加了一根线，EMI就突然变差？
很多工程师（包括我呀）看到30MHz、90MHz两个峰，第一反应可能是是不是芯片开关频率产生的？但这个案例里的Class-D开关频率是2.2MHz。
2.2MHz和30MHz、90MHz显然不是简单的整数倍关系，真正的罪魁祸首，万恶之源就是2m输出线本身的谐振特性。当导线尺寸与所研究频率对应的波长处于同一个数量级时，就不能再用集中参数电路去理解它，而必须使用传输线模型。
传输线最基本的两个参数是：单位长度电感L和单位长度电容C，在忽略损耗的情况下，特征阻抗可以表示为：
那2米线，为什么刚好对应30MHz和90MHz？
现在我们直接算，四分之一波长对应的谐振条件为：
如果输出线长度：l=2m，那么λ=8m，考虑实际输出线及其周围介质环境后，传播速度并不简单等于真空中的光速，因此实际谐振频率会落在大约f1≈31.6MHz
对应的第二个奇数四分之一波长谐振点为：
所以f2≈94.8MH，实际测试结果大约就是31.6MHz和95.1MHz。
是不是突然对上了？所以频谱上的两个峰，并不是碰巧出现在30MHz和90MHz附近。它们是2m输出线的传输线谐振点。如果传输线长为2m，那么根据我们的实际情况，1/4λ，3/4λ对应的频率分别在31.6MHz和95.1MHz，这也就解释了为什么频谱上会出现这两个峰。这也是为什么单纯修改芯片开关频率，有时候并不能从根本上解决这个问题。
因为噪声源是一回事，噪声传播路径的谐振又是另一回事。
为什么换一根长度不同的线，峰值就跑了？
这个规律其实非常好理解，从四分之一波长条件：
可以直接得到：
也就是说线越长，谐振频率越低，线越短，谐振频率越高。所以测试中，当输出线从2m缩短到1.2m以后，谐振峰的位置明显发生移动。这给EMI整改提供了一个非常简单的思路如果产品允许改变输出线长度，可以把谐振点从敏感频段挪走。
例如汽车电子中常见的FM频段约为76～108MHz，2m输出线的3/4λ谐振点大约在95MHz，刚好落在这个频段里面，如果调整线长，使高阶谐振点移动到更高频率，就有可能避开敏感频段，当然，这种方法有一个前提产品实际线束长度必须允许调整。如果线束长度是客户已经固定的，那就不能指望靠换根线解决问题。
为什么输出线上加一个磁环，EMI就下去了？
既然问题的核心是输出线在某些频率上呈现低阻抗，导致噪声容易传播，那么一个非常直接的思路就是把这条高频噪声通道的阻抗抬高，所以可以在输出线靠近PCB的一端增加磁环，磁环加入后，会改变输出线的高频阻抗特性，使原来的谐振条件受到抑制。
测试结果也验证了这一点：
还要注意电场耦合和磁场耦合这俩容易被忽略的因素
如果只分析传导路径，其实还不够，因为一根2m输出线，本身就是一个很大的导体，它和PCB之间存在明显的近场耦合，主要有两种，电场耦合如果高速dv/dt节点与输出线之间存在寄生电容，当dV/dt非常大时，即使寄生电容只有很小的数值，也可能产生明显的高频噪声电流。所以高速开关节点附近的布线、铜皮面积、输出线位置都会影响EMI。
磁场耦合对于高速di/dt环路来说V=L*di/dt，环路面积越大，外部磁场耦合的可能性越高，因此，减小高di/dt环路面积不仅仅是电源完整性设计中的原则，同样也是EMI设计的重要手段。
最后再看屏蔽罩为什么一定要接地这个问题
这个地方特别容易踩坑，有人看到EMI不好，于是给高速噪声区域扣了一个金属罩，结果EMI没怎么下降，问题可能就出在屏蔽罩没有正确接地。对于电场耦合，接地后的屏蔽罩可以把原本耦合到输出线和参考地的高频噪声电流，直接引回噪声源附近的地。
最终测试结果显示：
长线负载的EMI问题，不只是噪声源太大，而是噪声源、寄生耦合、传输线阻抗以及谐振共同作用的结果。所以整改时可以从几个方向同时下手：
降低噪声源，降低开关节点dv/dt、di/dt，或者使用抖频等技术降低频谱能量集中度。
缩小噪声环路，尤其是高速di/dt环路和dv/dt节点。
改变传播路径，输出线上增加磁环或者共模滤波器，提高高频路径阻抗。
改变谐振频率，在产品允许的情况下调整输出线长度，让谐振点避开敏感频段。
控制近场耦合。
