电脑的通信错误、手机通话突然断开……您有过类似的经验吗？我们周围充斥着噪声，它们会通过各种线路侵入电子设备，引发故障。那么，这些看不见的噪声的真身是什么？

噪声 (Noise) 一般是指不需要的声音或信息，尤其是电气通信领域涉及较多，杂音、电波干扰导致的画面错乱等都属于噪声。电子设备泄漏的电磁波被其它电子设备接收的话，也会产生噪声。

噪声分为自然噪声和人工噪声。自然噪声的产生源是落雷、空中放电、宇宙射线等。人工噪声的产生源是电子设备。电子设备分为广播发信器等有意发射电磁波的类型、收音机和电视等从内部泄漏电磁能量的类型，以及电动清扫机和工具等使用时会随之产生电磁波的类型。

汽车收音机在火车道口会发出杂音，原因是火车的缩放仪和电线间会产生电火花。在收音机天线旁点着电子打火机的话，会听到扬声器发出嗡的杂音，这是因为放电火花产生了噪声电波，雷放电引发通信干扰也是因为相同道理。马可尼发明的早期无线电设备利用高压放电火花产生的能量来发送摩尔斯电码的点线，当然，当时没有收音机和电视，因此也没有电子设备会受到干扰，但在如今就会成为恶性的电波公害。

电子设备的噪声问题并不能轻松解决。噪声问题的难点在于，它和电信号一样，都是电磁能量。如果某个系统需要的电磁能是其它系统不需要的，便会成为噪声，因此电子设备必定伴随着噪声。它们会经由电源线和信号线，或变为电磁波跨越空间，引发电子设备故障和性能下降。

随着微电子和数字技术的迅速发展，电路集成化和信号高频、低电流化逐步推进，电子设备即使遭遇微弱的噪声也会受到影响。噪声干扰有时会导致车辆控制故障、工业机器人故障等严重问题。

电脑和游戏机、微波炉等家用电子设备自身也会发出各种噪声，影响其他设备。对于医疗设备和心脏起搏器来说，手机发出的电波也属于重大噪声。噪声问题的特点在于，噪声干扰的受害者同时也会成为加害者。

因此电子设备就同时需要具备防止自身产生噪声的EMI (电磁干扰：Electro Magnetic Interference) 对策和防止自身受到影响的EMS (电磁敏感性: Electro Magnetic Susceptibility) 对策。这就叫做EMC (Electromagnetic Compatibility)，即电磁兼容性。简单来说，就是需要同时采取措施应对Emission (发射) 问题和Immunity (免疫) 问题，即应对生成噪声和侵入噪声，兼顾两方面的方案就叫做EMC。

噪声干扰可以说是电子社会的慢性现代病，对症疗法根本解决不了问题。若要防止生病，平时就需要注意保健和卫生，提高抵抗力。电子设备也是一样，噪声对策存在4种基本方式：

（1）屏蔽（2）反射（3）吸收（4）旁路

这叫做“EMC的四要素”，各种EMC对策元件就是据此来因地制宜的。

我们需要在各区域采取电磁屏蔽措施，在接口处使用各种滤波器。并且，对区域内产生的噪声采取合适的EMC对策。随着IoT的发展，全球化网络社会中有无数电子设备相互连接。如果不解决噪声问题，电子社会的根基就会崩溃。

在电子设备的构思、设计、试制、量产阶段，TDK的整体解决方案都会根据实现需求，提供强有力的噪声对策支持。

我们周围的电气电子设备多少都算是噪声的产生源，看不见的噪声与热量有类似之处。众所周知，热的移动分为传导、对流、辐射三种。保温瓶的内部是真空的双层构造，这是为了防止空气的热传导和对流。不过，辐射热属于电磁波 (红外线)，即使真空也无法阻断。因此，杯子里面会镀上银胆，反射红外线，提高保温效果。

作为电磁能量，噪声也根据传递方式大致分为传导噪声和辐射噪声。传导噪声通过电源线、信号线、印刷电路板的电路等，与信号一起移动。辐射噪声无需介质，以电磁波形式飞散。

传导噪声的入侵线路相对比较明确，但和信号类似，难以识别。电信号一般会以电压变化的方式传导，但噪声也是这种变化的一部分，会与电信号融合。

电路板和地面间的静电结合，以及线路间的电磁结合会成为噪声的传输路径。此外，电路板若直接存在电势差，就会形成大型的电流循环，成为噪声传输路径。并且，传导噪声还会变为辐射噪声，辐射噪声也会变为传导噪声。

辐射噪声比传导噪声还要令人难以捉摸。即使没有线缆连接，辐射噪声也会找机会侵入其它电子设备，系统内的噪声会变为系统间的噪声，扩大影响范围。在高频电流的电路中，线路的电感等成分会产生无用的电磁波，这也属于噪声。由于电磁波的辐射量与频率的平方成正比，所以时钟频率高达GHz的电脑等设备等成为了辐射噪声的主要产生源之一。

前面提到过，噪声对策的基本方式包括 (1) 屏蔽 (2) 反射 (3) 吸收 (4) 旁路。电脑本身包裹的金属外壳，就是为了防止无用电磁波的泄露。不过，CD和DVD的取出口、散热通气口、金属板的接缝处等位置会形成“窗口”，无用电磁波会从此逃出。此外，与周围设备连接的线缆哪怕掉了一块皮，也会形成天线，辐射无用电磁波。电信号和噪声本质上是相同的东西。如果没有在产生源采取对策，之后就无从挽救了。如果只是“临阵磨枪”，反而会“赔了夫人又折兵”，让噪声进一步增加。

噪声也会通过静电结合与电磁结合的方式扩大。有电流的导体附近若存在其它导体，就会构成看不见的电容器 (浮游容量)，并产生诱导电压。这称为静电结合。高频电流流动时，其导体也会随之产生电压变化，造成辐射噪声和传导噪声，对设备造成负面影响。

电磁结合是磁场引发的诱导现象。交流电路的旁边若有其它电路，产生的磁场变化就会导致电流。这可以根据法拉第电磁诱导法则推导，和变压器是相同的原理。磁场的时间性变动越激烈、两个电路循环的面积越大、两个电路越接近，电磁结合所诱发的噪声电压就越大。连接印刷电路板的导线采用双绞线的原因是，导线产生的磁场影响会因此被减弱。双绞线构成的一个个小圈所产生的磁场会交替地呈相反方向，让磁场抵消，从而减少辐射噪声。

电场变化产生磁场，磁场变化产生电场

环状电场和磁场交替连接，跨越空间的话就形成了电磁波

在电路元件高度集成的电子设备中，静电结合和电磁结合会复杂地交错，线路的信号因此就能轻松地侵入其它线路。这称为“串扰”，随着电子设备的小型化，电路板上的噪声问题也开始激增。为了减少噪声影响，人们常采用屏蔽线。屏蔽线确实对静电结合与电磁结合都有效，但在此之前，需要在电路配置上花费工夫，例如让电压、电流变动大的导线远离，让导线交叉而不并行等。

电子设备是不可能根除噪声的。正因如此，兼顾生成噪声和侵入噪声对策的EMC方案变得愈发重要了起来。那么，噪声的模式与行为有哪些？为何Earth与Ground的区别很重要？

引发电子设备故障的噪声和信号一样，都是电能。电气通信就是与这种难缠噪声抗争的历史。不过，通过与噪声问题的正面交锋，如今的信息通信技术得以确立，我们的生活也由此丰富多彩了起来。在人与家电、汽车、医疗等优质服务密切相连的未来社会，噪声对策技术将愈发地重要。

通信所用的电波为波长从数厘米到数毫米的微波，智能手机虽然看起来没有天线，但实际上还是内置了各种用途的天线。

20世纪初期的无线通信采用的是长波到中波的电波。由于当时的收信机灵敏度低，因此会将长度100米到1000米的天线，树立到离地面100米以上的高度。如此巨大的天线在远处也很显眼。在战时，无线通信就是军事的生命线。因此，在一战时期的欧洲，无线通信天线就成了被优先攻击的对象。

战斗机发动机火花塞的放电火花会产生噪声电波，因此在一战时，为了探测接近的战斗机，人们发明了超外差技术，将噪声电波的频率进行转换和检测。

在20世纪电气通信技术史上留名的美国电气工程师E·H·阿姆斯特朗在一战时担任通信部队的军官，奔赴了欧洲战场。为了保护重要的通信天线，他想出了能预测来袭敌机的妙案。之前介绍过，马可尼的早期无线通信利用了放电火花产生的噪声电波，飞机发动机火花塞也会因为放电火花而产生噪声电波。他的想法是，只要接收到噪声电波，就能发现靠近的敌机了。不过，远处的飞机发出的噪声是微弱的高频波。因此，他发明了将收到的高频噪声电波转换为低频并增幅再进行检测的方法。这就是此后被应用到收音机和电视等设备中的超外差技术。

我们周围的电子设备或多或少地会发出噪声，并受到外部辐射噪声的干扰。不过，只要用金属壳包裹住电子设备，以电磁波形式飞来的噪声就会被阻挡。这是因为金属壳不会接收噪声电波并放它入内。在屏蔽、反射、旁路、吸收的四种噪声对策中，最好理解的就是这种屏蔽法了。此时，金属壳若连接大地 (Earth)，就能让大地吸收噪声电波能量，进一步提高效果。电子设备的噪声测量等使用的电磁屏蔽室，也为了阻断外来噪声而全身裹有金属，且连接大地。

虽然我们常说“接地” (Earth)，但准确来说，电子设备的金属壳和底盘，信号返回线路采用的电路板等其实属于“Ground”。另外，金属壳和底盘等称为Frame Ground  (框架接地)，电路板称为Signal Ground (信号接地)。

在电子设备方面，有必要严格地区分Earth和Ground。这是因为，即使是Ground接地，Ground和Earth之间的基准电势间仍有微小差异，会造成噪声。这种情况在Frame Ground和接有模拟电路、数字电路、功率电路的Signal Ground之间也会发生，有必要通过设置基准点等细致操作，减少Ground之间的电势差。

“在合适的位置，Ground需要尽可能粗短。”这是电路板设计的第一原则。之所以将Signal Ground与底盘等Frame Ground连接，也是为了增大Ground的面积。但如果是靠螺丝等方式连接，螺丝松落的话，那里就会产生辐射噪声，需多加注意。带锯齿的菊花垫片和弹簧垫片也是为了确保更好的接触状态才使用的。此外在电路板方面，还需要注意“不能让信号电路和作为Signal Ground的返回线路构成大面积的电路循环”。这是因为这种循环会形成天线，产生高强度的辐射噪声。电子设备有很多印刷电路板，其反面和内层为Signal Ground，信号电路则在正面。Signal Ground中流动的返回电路会选择电阻最低的最短距离。因此，它会在信号电路正下方流动，这样就能减小天线循环的面积，抑制辐射噪声的产生。

本文转载自TDK官网