Leiterplattentechnisch - Analyse versteckter Merkmale von passiven Leiterplattenkomponenten

Die Position von Passive Leiterplattenkomponenten in der gesamten Elektronikindustrie ist die gleiche wie bei ICs. Sie befinden sich stromaufwärts und sind wesentliche Bestandteile elektronischer Produkte. Elektronische Schaltungen haben aktive und passive Geräte. Die sogenannten passiven Komponenten können ohne Stromanschluss betrieben werden, und Funktionen wie Strom- und Spannungsregelung erzeugen, Speicherung statischer Elektrizität, Verhinderung elektromagnetischer Störungen, und Filterung von Stromverunreinigungen.

Verglichen mit der aktiven Komponente, wenn sich die Spannung der passiven Komponente ändert, ändern sich der Widerstand und die Impedanz nicht mit ihr.

Passive Komponenten können drei Kategorien von Produkten abdecken: Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren.

Traditionell gilt EMV als "schwarze Magie". Tatsächlich kann EMV durch mathematische Formeln verstanden werden. Doch selbst wenn es mathematische Analysemethoden gibt, sind diese mathematischen Gleichungen für die eigentliche EMV-Schaltung immer noch zu kompliziert. Glücklicherweise müssen Ingenieure in den meisten praktischen Arbeiten diese komplizierten mathematischen Formeln und die theoretischen Grundlagen der EMV-Spezifikationen nicht vollständig verstehen. Solange sie einfache mathematische Modelle verwenden, können sie verstehen, wie sie EMV-Anforderungen erfüllen können.

Dieser Artikel verwendet einfache mathematische Formeln und elektromagnetische Theorie, um das verborgene Verhalten und die Eigenschaften von passiven Komponenten auf Leiterplatten (Leiterplatten) zu veranschaulichen. Das sind die Anforderungen, die Ingenieure im Vorfeld entwerfen müssen, wenn sie ihre elektronischen Produkte EMV-Normen erfüllen lassen wollen. Muss Grundkenntnisse haben.

1. Draht und Leiterplattenverfolgung

Die scheinbar unauffälligen Komponenten wie Drähte, Leiterbahnen, Befestigungsrahmen usw. werden oft zu den besten Sendern von Hochfrequenzenergie (also zur Quelle von EMI). Jede Komponente hat eine Induktivität, die die Bonddrähte des Siliziumchips und die Pins von Widerständen, Kondensatoren und Induktoren umfasst. Jeder Draht oder jede Spur enthält versteckte parasitäre Kapazität und Induktivität. Diese parasitären Komponenten beeinflussen die Impedanz des Drahtes und sind sehr empfindlich auf Frequenz. Entsprechend dem Wert von LC (der die Selbstresonanzfrequenz bestimmt) und der Länge der Leiterplattenstrecke kann zwischen einer Komponente und der Leiterplattenstrecke Selbstresonanz (Selbstresonanz) erzeugt werden, wodurch eine effiziente Strahlungsantenne gebildet wird.

Bei niedrigen Frequenzen hat der Draht im Allgemeinen nur die Eigenschaften des Widerstands. Aber bei hohen Frequenzen hat der Draht die Eigenschaften der Induktivität. Da es zur Hochfrequenz wird, verursacht es die Änderung der Impedanz und ändert dann das EMV-Design zwischen dem Draht oder PCB-Spur und der Masse. Zu diesem Zeitpunkt müssen die Bodenebene und das Bodengitter verwendet werden.

Der Hauptunterschied zwischen Drähten und Leiterplatten-Leiterbahnen besteht darin, dass die Drähte rund und die Leiterbahnen rechteckig sind. Die Impedanz eines Drahtes oder Leiters umfasst den Widerstand R und die Induktivität XL.2πfL. Bei hohen Frequenzen ist diese Impedanz als Z-R-j XL j2πfL definiert, und es gibt keinen kapazitiven Reaktanz Xc bis 1/2πfC. Wenn die Frequenz höher als 100 kHz ist, ist die Induktivität größer als der Widerstand. Zu diesem Zeitpunkt ist der Draht oder die Leiterbahn kein niederohmiger Verbindungsdraht mehr, sondern eine Induktivität. Im Allgemeinen sollten Drähte oder Leiterbahnen, die über der Audiofrequenz arbeiten, als Induktivität angesehen werden und können nicht mehr als Widerstand angesehen werden und können eine Hochfrequenzantenne sein.

Die Länge der meisten Antennen ist gleich 1/4 oder 1/2 Wellenlänge (Î) einer bestimmten Frequenz. Daher dürfen in der EMV-Spezifikation Drähte oder Leiterbahnen unter Î"/20 einer bestimmten Frequenz nicht arbeiten, da sie dadurch plötzlich zu einer Hochleistungsantenne werden. Induktivität und Kapazität verursachen die Resonanz der Schaltung, dieses Phänomen wird nicht in ihren Spezifikationen aufgezeichnet.

Zum Beispiel: Angenommen es gibt eine 10-cm-Spur, R.57 mΩ, 8 nH/cm, also ist der Gesamtinduktivitätswert 80 nH. Bei 100 kHz kann eine induktive Reaktanz von 50 mΩ erreicht werden. Wenn die Frequenz 100 kHz überschreitet, wird diese Spur zu einer Induktivität, und ihr Widerstandswert kann ignoriert werden. Daher bildet diese 10-cm-Spur eine effiziente Strahlungsantenne, wenn die Frequenz 150 MHz überschreitet. Weil bei 150 MHz seine Wellenlänge Î" = 2 Meter, also Î"/20,10 cm die Länge der Spur entspricht; Wenn die Frequenz größer als 150 MHz ist, wird seine Wellenlänge Î" kleiner sein, und sein 1/4Î" oder 1/2Î" Wert wird sein. Es ist nah an der Länge der Spur (10 cm), so dass eine perfekte Antenne allmählich gebildet wird.

2. Widerstand

Widerstände sind die häufigsten Komponenten auf Leiterplatten. Das Material des Widerstands (Kohlenstoffsynthese, Kohlenstofffilm, Glimmer, Wicklungstyp... etc.) begrenzt die Wirkung des Frequenzgangs und die Wirkung der EMV. Drahtgewickelte Widerstände sind nicht für Hochfrequenzanwendungen geeignet, da zu viel Induktivität in den Drähten vorhanden ist. Obwohl Kohlenstofffilmwiderstände Induktivität enthalten, sind sie manchmal für Hochfrequenzanwendungen geeignet, da die Induktivität ihrer Stifte nicht groß ist.

Drei, PCB-Kapazität

Kondensatoren werden im Allgemeinen im Strombus verwendet, um Entkopplung, Umgehung und Aufrechterhaltung einer festen Gleichspannung und Strom (Bulk) Funktionen bereitzustellen. Ein wirklich reiner Kondensator behält seinen Kapazitätswert bei, bis er die selbstresonante Frequenz erreicht. Über diese Eigenresonanzfrequenz hinaus werden die Kapazitätseigenschaften wie eine Induktivität. Dies lässt sich durch die Formel erklären: Xc=1/2πfC, Xc ist kapazitiver Reaktanz (Einheit ist Ω). Zum Beispiel: ein 10μf Elektrolytkondensator, bei 10 kHz, der kapazitive Reaktanz ist 1.6Ω; Bei 100 MHz fällt es auf 160ÎΩ. Daher gibt es bei 100 MHz einen Kurzschlusseffekt, der ideal für EMV ist. Die elektrischen Parameter von Elektrolytkondensatoren: äquivalente Serieninduktivität (ESL) und äquivalenter Serienwiderstand (ESR), begrenzen diesen Kondensator jedoch auf Frequenzen unter 1 MHz.

Die Verwendung von PCB-Kondensatoren ist auch mit der Pin-Induktivität und Volumenstruktur verbunden. Diese Faktoren bestimmen die Anzahl und Größe parasitärer Induktivitäten. Zwischen den Schweißdrähten des Kondensators besteht parasitische Induktivität. Sie bewirken, dass sich der Kondensator wie eine Induktivität verhält, wenn er die Eigenresonanzfrequenz überschreitet. Daher, der Kondensator verliert seine ursprüngliche Funktion.