Technologie PCB - Analyse des caractéristiques cachées des composants passifs de PCB

Les composants passifs PCB occupent la même position que les circuits intégrés dans l'industrie électronique. Ils sont situés en amont et constituent une partie importante de l'électronique. Les circuits électroniques ont des dispositifs actifs et passifs. Les éléments dits passifs peuvent fonctionner sans mise sous tension et réaliser des fonctions telles que la régulation du courant et de la tension, le stockage de l'électricité statique, la protection contre les interférences électromagnétiques et le filtrage des impuretés de courant.

Lorsque la tension d'un élément passif varie par rapport à un élément actif, la résistance et l'impédance ne changent pas avec elle.

Les éléments passifs peuvent couvrir trois catégories de produits: les résistances, les inductances et les condensateurs.

Traditionnellement, EMC est considéré comme « magie noire». En fait, EMC peut être compris par des formules mathématiques. Cependant, même avec les méthodes d'analyse mathématique disponibles, ces équations mathématiques sont encore trop complexes pour la conception de circuits CEM réels. Heureusement, dans la plupart des travaux pratiques, les ingénieurs n'ont pas besoin de comprendre pleinement les formules mathématiques complexes et les fondements théoriques qui existent dans les spécifications EMC. Tant qu'ils utilisent des modèles mathématiques simples, ils peuvent apprendre à répondre aux exigences de la CEM.

Cet article utilise des formules mathématiques simples et la théorie électromagnétique pour illustrer le comportement caché et les caractéristiques des composants passifs sur une carte de circuit imprimé. Lorsque les ingénieurs veulent faire passer leurs produits électroniques aux normes EMC, ils doivent concevoir ces exigences au préalable. Il faut avoir des connaissances de base.

1. Fil et trace de PCB

Les composants apparemment insignifiants, tels que les fils, les traces, les cadres fixes, etc., deviennent souvent les meilleurs émetteurs d'énergie RF (c'est - à - dire les sources d'EMI). Chaque élément a une inductance, y compris les lignes de jonction des tranches de silicium, et les broches des résistances, des condensateurs et des inductances. Chaque fil ou trace contient une capacité parasite cachée et une inductance. Ces éléments parasites affectent l'impédance du fil et sont très sensibles à la fréquence. En fonction de la valeur du LC (qui détermine la fréquence d'auto - résonance) et de la longueur de la piste PCB, il est possible de créer une auto - résonance (autorésonance) sur l'élément et la piste PCB, formant ainsi une antenne rayonnante efficace.

A basse fréquence, les fils n'ont généralement que des propriétés résistives. Mais à haute fréquence, le fil a les propriétés d'une inductance. Parce qu'il passe à haute fréquence, il provoque un changement d'impédance, puis modifie la conception EMC entre le fil ou la trace de PCB et la terre. À ce stade, le plan de terre et le réseau de terre doivent être utilisés.

La principale différence entre un fil et une piste PCB est que le fil est rond et la piste rectangulaire. L'impédance du fil ou trace comprend une résistance R et une inductance XL = 2F L. Aux hautes fréquences, cette impédance est définie comme Z = r + j XL j2Ífl et il n'y a pas de tolérance Xc = 1 / 2Ífc. Lorsque la fréquence est supérieure à 100 kHz, l'inductance est supérieure à la résistance. A ce stade, le fil ou trace n'est plus un fil de connexion de faible résistance, mais une inductance. En général, un fil ou une trace qui fonctionne au - dessus d'une fréquence audio doit être considéré comme une inductance, ne peut plus être considéré comme une résistance et peut être une antenne RF.

La plupart des antennes ont une longueur égale à 1 / 4 ou 1 / 2 de la longueur d'onde d'une certaine fréquence. Ainsi, dans la spécification EMC, les fils ou traces ne sont pas autorisés à fonctionner en dessous d'un îlot / 20 à une certaine fréquence, car cela les transformerait soudainement en antennes hautes performances. L'inductance et la capacité provoquent une résonance du circuit, phénomène qui n'est pas enregistré dans leurs spécifications.

Par exemple: supposons qu'il y ait une trace de 10 cm, r = 57 m, 8 NH / CM, alors la valeur totale de l'inductance est de 80 NH. A 100 kHz, une réactance inductive de 50 m peut être obtenue. Lorsque la fréquence dépasse 100 kHz, cette trajectoire devient une inductance dont la valeur de résistance peut être ignorée. Ainsi, lorsque la fréquence dépasse 150 MHz, cette trace de 10 cm formera une antenne rayonnante efficace. Parce qu'à 150 MHz, il a une longueur d'onde de 2 mètres, donc isla» / 20 = 10 cm = longueur de la piste; Si la fréquence est supérieure à 150 MHz, sa longueur d'onde Isla sera plus petite et sa valeur de 1 / 4 Isla ou 1 / 2 Isla sera proche de la longueur de la trajectoire (10 cm), formant ainsi progressivement une antenne parfaite.

2. Résistance

Les résistances sont les composants les plus courants sur les PCB. Le matériau de la résistance (synthèse de carbone, film de carbone, mica, type d'enroulement, etc.) limite l'influence de la réponse en fréquence et l'influence de la CEM. Les résistances bobinées ne conviennent pas aux applications à haute fréquence car il y a trop d'inductance dans le fil. Bien que les résistances à film de carbone contiennent une inductance, elles sont parfois adaptées aux applications à haute fréquence en raison de la faible inductance de leurs broches.

Iii. Capacité PCB

Les condensateurs sont généralement utilisés dans les bus d'alimentation pour assurer les fonctions de découplage, de dérivation et de maintien d'une tension continue et d'un courant fixes (grande capacité). Un condensateur vraiment pur conservera sa valeur Capacitive jusqu'à ce que la fréquence d'auto - résonance soit atteinte. Au - delà de cette fréquence d'auto - résonance, les propriétés capacitives deviendront comme des inductances. Cela peut être expliqué par la formule: Xc = 1 / 2 Ífc, XC est la tolérance (en îlots). Exemple: un condensateur électrolytique à 10°f avec une réactance capacitive de 1,6° à 10 kHz; À 100 MHz, il descend à 160 îles. Ainsi, à 100 MHz, il y a un effet de court - circuit, idéal pour la CEM. Cependant, les paramètres électriques du condensateur électrolytique: Inductance série équivalente (ESL) et résistance série équivalente (ESR) limiteront le fonctionnement de ce condensateur uniquement à des fréquences inférieures à 1 MHz.

L'utilisation de condensateurs PCB est également liée à la structure inductive et volumique des broches. Ces facteurs déterminent le nombre et la taille des inductances parasites. Il existe une inductance parasite entre les fils de soudure du condensateur. Lorsque les condensateurs dépassent la fréquence d'auto - résonance, ils les font se comporter comme une inductance. Le condensateur perd ainsi sa fonction d'origine.