电场耦合

电场耦合(也称为电容耦合)发生在能量通过电场从一个电路耦合到另一个电路时。正如我们将看到的，当源电路的阻抗很高时，这种情况最有可能发生。

如图1所示，考虑共享一个公共返回平面的两个电路。如果回程平面电阻为零，则共阻抗耦合为零。然而，由于电场线在一根信号线上开始并在另一根信号线上终止，也有可能在两个电路之间发生耦合。例如，如果一个信号电压是+1伏，另一个是0伏，那么两根信号线之间的电位差导致电场线从+1伏的电线开始，到0伏的电线结束。从示意图上看，这可以用两根信号线之间的电容来表示。

当然，还有其他电场线从+1伏的导线开始，在0伏的平面上结束。这可以用导线与平面之间的电容来表示。包括电场耦合电容的图1中两个电路的示意图表示如图2所示。

信号返回平面上方的两个电路。

图1:信号返回平面上方的两个电路。

图1所示电路示意图

图2:图1中包括电容耦合路径的电路示意图。

在这种情况下，导线之间的电容，C₁₂，用两根导线之间的电容和电容的公式很容易计算C₁₁而且C₂₂可以用导线在地平面上的电容公式来计算。一旦确定了电容，并为图2中的所有元件赋值，由电场耦合引起的串扰就可以使用与通用阻抗耦合相同的基本公式来计算，

${Xtalk}_{21} ＝ 20. 日志 {| \frac{V_{R l 2}}{V_{R l 1}} |}_{w h e n V_{S2} ＝ 0}$ ．(1）

如果我们试图找到精确的解决方案，分析这个有9个元件的电路的过程可能会很耗时。然而，如果我们重新绘制电路，并利用一些阻抗的相对大小，我们可以大大简化分析。

首先，让我们重画图2中的电路如图3所示。通过将电路1放在原理图的左边，电路2放在右边，重要的耦合，C₁₂更清晰。同时，认识到自电容的阻抗也是有帮助的C₁₁而且C₂₂几乎总是比与之平行的负载阻抗高得多。如果这不是真的，信号到达负载将显著减弱。因此，我们通常可以忽略C₁₁而且C₂₂求解图3中的电路时。

更直观的电路示意图表示在图1。

图3:图1中电路的更直观的示意图。

为了计算电路2中由于电路1中的信号而产生的串扰，我们设V_S2= 0，并确定比值V_RL2上/ V_RL1．如果耦合相对较弱(即如果耦合没有负载源电路)，则阻抗为C₁₂相对于电路1中的阻抗较大。这意味着的值V_RL1与电路2参数无关，电路可以用图4所示的简单形式表示。

图1中电路的一个更简单的表示。

图4:图1中电路的更简单表示。

现在电路比较容易解。相声可以表示为，

$20. 日志 | \frac{V_{R l 2}}{V_{R l 1}} | ＝ 20. 日志 | \frac{R_{年代 2} | | R_{l 2}}{R_{年代 2} | | R_{l 2} + （ \frac{1}{j ω C_{12}} ）} |$ ．（2）

例5-1:计算两个150欧姆电路之间的串扰

对于图1和图2中的电路，假设信号线高于导电平面4.0 mm，长16cm。假设连线半径为0.8 mm，连线间距为3.0 mm。让R_S1= R_S2= 10欧姆和R_L1= R_L2= 150欧姆。计算这些电路在50 MHz时由于电场耦合而产生的串扰。

我们从确定电容开始C₁₁，C₂₂而且C₁₂．平面上方每根导线的电容约为，

$C_{11} ＝ C_{22} ＝ \frac{（ 0.16 ） 2 π ε_{0}}{\cosh^{- 1} （ \frac{4.0}{0.8} ）} ＝ 3.8 pF$ ．（3）

两根导线之间的电容约为，

$C_{12} ＝ \frac{（ 0.16 ） π ε_{0}}{\cosh^{- 1} （ \frac{3．0}{1．6} ）} ＝ 3.6 pF$ ．（4）

的阻抗C₁₁而且C₂₂ω c | = 800欧姆。由于这远远高于150欧姆电路阻抗，我们可以忽略这些电容。耦合电容阻抗为|1/jωC| = 890欧姆。这也比电路阻抗大得多，因此我们可以用式(2)计算串扰，

$X t 一个 l k_{21} ＝ 20. 日志 | \frac{V_{R l 2}}{V_{R l 1}} | ＝ 20. 日志 | \frac{10 | | 150}{10 | | 150 + j 890} | ＝ - 40 dB$ ．（5）

注意到在这种情况下改变各种电路参数将如何改变耦合是有帮助的。例如，频率加倍将使串扰加倍(即在100 MHz时，计算的串扰将是-34 dB)。对于弱耦合情况，电场耦合与频率成正比。

在本例中，受害电路的源电阻加倍也会使串扰加倍。请注意，源电阻和负载电阻的并联组合几乎等于源电阻。在本例中，加倍负载电阻对串扰的影响很小，因为受害电路中源电阻和负载电阻的并联组合是重要的。

这个例子中的另一个重要参数是互电容，C₁₂．减少价值C₁₂会按比例减少相声。将电线移得更远一点是降低值的一种方法C₁₂．然而，重要的是要注意，仅仅将导线之间的距离增加一倍是不足以减少的C₁₂乘以2。当线材间距大于线材直径时，反双曲余弦函数表现为对数函数。在这种情况下，电线之间的距离加倍(从3.0 mm到6.0 mm)将改变的值C₁₂从3.6 pF到2.2 pF。这将只减少约4 dB的串扰。