Tecnología de PCB - Análisis de las características ocultas de los componentes pasivos de PCB en el diseño EMI / EMC

Tradicionalmente, EMC ha sido visto como "magia negra". De hecho, EMC se puede entender a través de fórmulas matemáticas. Sin embargo, incluso con los métodos de análisis matemático disponibles, estas ecuaciones matemáticas siguen siendo demasiado complicadas para el diseño real del circuito EMC. Afortunadamente, en la mayoría de los trabajos prácticos, los ingenieros no necesitan entender completamente las complejas fórmulas matemáticas y los fundamentos teóricos que existen en las especSiicaciones EMC. Con un modelo matemático simple, pueden entender cómo cumplir con los requisitos de EMC.

En este trabajo, el comportamiento oculto y las características de los componentes pasivos en una placa de circuito impreso (Placa de circuito impreso) se explican mediante fórmulas matemáticas simples y teoría electromagnética. Estos son los requisitos previos que los ingenieros deben diseñar para que sus productos electrónicos cumplan las normas EMC. Debe tener conocimientos básicos.

Cables y Placa de circuito impreso Encontrar

Las Partes aparentemente discretas, como cables, trazas, marcos fijos, Etc.., a menudo se convierten en los mejores emisores de energía de radiofrecuencia (es decir, fuentes de EMI). Cada componente tiene un inductor que incluye un cable de Unión para un chip de silicio, as í como alfileres para resistencias, condensadores e inductores. Cada cable o traza contiene Capacitancia parasitaria oculta e Inductancia. Estos componentes parásitos afectarán la impedancia del cable y serán muy sensibles a la frecuencia. De acuerdo con el valor de LC (determinación de la frecuencia de auto - resonancia) y la longitud de la traza de Placa de circuito impreso, la auto - resonancia (auto - resonancia) se puede generar entre el componente y la traza de Placa de circuito impreso para formar una antena de radiación efectiva.

A bajas frecuencias, los cables suelen tener sólo propiedades de resistencia. Sin embargo, a altas frecuencias, los cables tienen características de Inductancia. Debido a que se convierte en alta frecuencia, puede causar cambios en la impedancia, y luego cambiar el diseño EMC entre los cables o trazas de Placa de circuito impreso y el suelo. En este punto, debe utilizar el plano de puesta a tierra y la red de puesta a tierra.

The main difference between wires Y Placa de circuito impreso Trace is that Este wires are round and Este Encontrars are rectangular. La Impedancia de un cable o traza incluye resistencia r e Inductancia XL = 2 1. Alta frecuencia, Esto impedance is defined as Z = R + j XL j2πfL, Y no hay reactancia capacitiva xc = 1/2 1. A frecuencias superiores a 100 kHz, Este Inductancia Mayor que la resistencia. En este momento, Un cable o traza ya no es un cable de conexión de baja resistencia, Pero Inductancia. En general, Los cables o trazas que funcionen por encima del audio se considerarán: Inductancia, Ya no se considera resistencia, Y puede ser una antena RF.

La mayoría de las antenas tienen una longitud igual a 1 / 4 o 1 / 2 de longitud de onda de una frecuencia dada. Por lo tanto, en la especificación EMC, los cables o trazas no están permitidos para funcionar por debajo de la isla « / 20» de una frecuencia dada, ya que esto repentinamente lo convierte en una antena de alto rendimiento. La Inductancia y la Capacitancia pueden causar resonancia en el circuito, lo que no se registra en sus especificaciones.

Por ejemplo, supongamos que hay una trayectoria de 10 cm, R = 57 m, 8 NH / CM, por lo que la Inductancia total es de 80 NH. A 100 kHz, se puede obtener una Inductancia de 50 m ©. Cuando la frecuencia es superior a 100 kHz, la trayectoria se convierte en Inductancia y su resistencia puede ser ignorada. Por lo tanto, cuando la frecuencia supere los 150 MHz, la trayectoria de 10 cm formará una antena de radiación efectiva. Debido a que la longitud de onda es de 2 metros a 150 MHz, por lo tanto « / 20 = 10 cm = longitud de la trayectoria; Si la frecuencia es superior a 150 MHz, su longitud de onda » será menor, y su valor de 1 / 4 » o 1 / 2 » se acercará a la longitud del rastro (10 cm), formando así gradualmente una antena perfecta.

resistance

Resistor is Este most common component found on Placa de circuito impreso. The material of the resistor (carbon synthesis, Película de carbono, Mica, Tipo de devanado... Etc..) limits the effect of frequency response and the effect of EMC. Las resistencias de bobinado no son adecuadas para aplicaciones de alta frecuencia porque la corriente es demasiado grande Inductancia En un cable. Aunque las resistencias de película de carbono contienen: Inductancia, A veces se aplican a aplicaciones de alta frecuencia porque Inductancia Sus alfileres no son grandes..

La gente a menudo ignora el tamaño del paquete y la Capacitancia parasitaria de la resistencia. La Capacitancia parasitaria existe entre los dos terminales de la resistencia. Pueden dañar las características normales del circuito a frecuencias extremadamente altas, especialmente cuando la frecuencia alcanza GHz. Sin embargo, para la mayoría de los circuitos de aplicación, la Capacitancia parasitaria entre los pines de resistencia no es más importante que la Inductancia de los pines.

Cuando la resistencia ha sido probada por el estrés de tensión (Sobretensión), se debe prestar atención al cambio de resistencia. Si hay un fenómeno de Descarga electrostática (ESD) en la resistencia, algo interesante puede suceder. Si la resistencia es un componente montado en la superficie, la resistencia puede ser penetrada por un arco. Si la resistencia tiene un pin, el ESD encontrará la ruta de alta resistencia (y alta Inductancia) de la resistencia y evitará el acceso al circuito protegido por la resistencia. De hecho, el verdadero protector es la característica de Inductancia y Capacitancia oculta de esta resistencia.

Capacitancia

Los condensadores se utilizan generalmente en autobuses de potencia para proporcionar desacoplamiento, Bypass y mantenimiento de tensión y corriente de corriente continua fija (gran capacidad). Los condensadores puros reales mantendrán su Capacitancia hasta que alcancen la frecuencia de auto - resonancia. Más allá de esta frecuencia de auto - resonancia, las características capacitivas se volverán como inductancias. Esto puede explicarse por la siguiente fórmula: xc = 1 / 2 1 ι FC, XC es reactancia capacitiva en unidades de isla. Por ejemplo: Condensador electrolítico de 10 ¼f, a 10 kHz, la reactancia capacitiva es de 1,6; A 100 MHz, cayó a 160 islas. Por lo tanto, existe un efecto de cortocircuito a 100 MHz, que es ideal para EMC. Sin embargo, los parámetros eléctricos del Condensador electrolítico: Inductancia equivalente en serie (ESL) y resistencia equivalente en serie (ESR) limitarán el funcionamiento del condensador a frecuencias inferiores a 1 MHz.

El uso del condensador también está relacionado con la Inductancia del pin y la estructura del volumen. Estos factores determinan el número y el tamaño de la Inductancia parasitaria. Hay Inductancia parasitaria entre los cables de soldadura del condensador. Cuando los condensadores superan la frecuencia de auto - resonancia, hacen que los condensadores Act úen como inductores. Por lo tanto, el condensador pierde su función original.

Inductancia

Inductancia para controlar la interferencia electromagnética Placa de circuito impreso. Inductor, Su reactancia inducida es proporcional a la frecuencia. Esto se puede explicar por la siguiente fórmula: XL = 2 1, XL is the inductive reactance (unit is Ω). Ejemplo: inductor ideal de 10 MH, A 10 kHz, the Inductancia is 628Ω; A 100 MHz, Aumenta a 6.2 metros). Por consiguiente,, A 100 MHz, this Inductancia Puede considerarse un circuito abierto. A 100 MHz, Si la señal pasa por aquí Inductancia, the quality of the signal will decrease (this is observed from the time domain). Condensador de imagen, the electrical parameters of this inductor (parasitic Capacitancia between the coils) limit this inductor to only work at frequencies below 1 MHz.

¿La pregunta es, si la Inductancia no se puede utilizar en alta frecuencia, qué se debe utilizar? La respuesta es usar "cuentas de ferrita". Los materiales de polvo de hierro son ferromagnesio o ferroníquel, estos materiales tienen alta permeabilidad magnética (permeabilidad magnética), en alta frecuencia y alta impedancia, la Capacitancia entre las bobinas de Inductancia es mínima. Las cuentas de polvo de hierro son típicamente adecuadas sólo para circuitos de alta frecuencia, ya que a bajas frecuencias, básicamente mantienen la integridad de la Inductancia, incluyendo los componentes de resistencia y resistencia, causando una ligera pérdida en el circuito. A alta frecuencia, tiene básicamente un solo componente de Resistencia (j‰l), que aumenta con la frecuencia, como se muestra en la figura 1. De hecho, las cuentas de polvo de hierro son atenuadores de alta frecuencia de la energía de radiofrecuencia.

De hecho, las cuentas de polvo de hierro pueden considerarse resistencias e inductores paralelos. A baja frecuencia, la resistencia es "cortocircuitada" por el inductor y la corriente fluye al inductor. A altas frecuencias, la Alta Inductancia del inductor obliga a la corriente a fluir a la resistencia.

En esencia, las cuentas de polvo de hierro son un "dispositivo disipador" que convierte la energía de alta frecuencia en calor. Por lo tanto, en términos de rendimiento, sólo puede interpretarse como resistencia, no como Inductancia.

Figura: características del material de polvo de hierro

Transformador

Los transformadores suelen estar presentes en la fuente de alimentación. Además, pueden utilizarse para aislar las señales de datos, las conexiones de E / S y las interfaces de alimentación. Dependiendo del tipo y la aplicación del transformador, puede haber blindaje entre la bobina primaria y la bobina secundaria. El escudo está conectado a la fuente de referencia de puesta a tierra para evitar el acoplamiento capacitivo entre los dos conjuntos de bobinas.