PCB 블로그 - PCB 보드 소스 없는 컴포넌트의 숨겨진 특성 분석

이 문서는 PCB 보드의 소스 없는 컴포넌트의 숨겨진 행동과 특성을 간단한 수학 공식과 전자기 이론으로 설명합니다.EMC 표준을 통과하기 위해 전자 제품을 설계할 때 엔지니어가 미리 숙지해야 하는 기본 사항입니다.전통적으로 EMC 는 흑마법으로 여겨져 왔습니다.사실 EMC 는 수학 공식을 통해 이해할 수 있습니다.그러나 이러한 수학 공식은 실제 EMC 회로 설계에 있어서 수학적 분석 방법을 사용할 수 있는 경우에도 너무 많습니다.너무 복잡해.다행히도 대부분의 실제 작업에서 엔지니어들은 EMC 사양에 존재하는 복잡한 수학 공식과 이론적 기초를 완전히 이해할 필요가 없으며, 간단한 수학 모델을 사용하면 EMC 요구 사항을 충족하는 방법을 이해할 수 있습니다.

1. 전선과 PCB 판적선

전선, 흔적선, 고정장치 등 볼품없어 보이는 부품은 종종 무선 주파수 에너지 (즉, EMI) 의 송신기가 된다.각 구성 요소에는 실리콘 칩의 접합선과 저항기, 콘덴서, 센서의 핀을 포함한 센서가 있습니다.모든 도선이나 흔적선은 숨겨진 기생용량과 감각을 포함한다.이러한 기생 컴포넌트는 컨덕터의 임피던스에 영향을 주며 주파수에 민감합니다.LC (자기 공명 주파수 결정) 의 값과 PCB 적선의 길이에 따라 소자와 PCB 적선에서 자체 공명이 발생하여 효율적인 방사선 안테나를 형성할 수 있다.낮은 주파수에서 도선은 대체로 저항만 있을 뿐이다.그러나 고주파에서 도선은 전기 감각의 특성을 가지고 있다.고주파로 바뀌면 임피던스의 변화가 일어나 전선이나 PCB 판적선과 지면 사이의 EMC 설계가 바뀌기 때문이다.이 경우 접지 평면과 접지망을 사용해야 합니다.전선과 PCB 판적선 사이의 주요 차이점은 전선은 원형이고 적선은 직사각형이라는 것이다.도선 또는 흔적선의 임피던스는 저항 R과 감지 XL=2ÍfL로 구성되며, 고주파에서는 Z=R+j XL j2ࠂfR로 정의되며 임피던스 Xc=1/2\2050fC는 존재하지 않습니다.주파수가 100kHz보다 높을 때 감지 저항은 저항보다 크다.이때 도선이나 흔적선은 더 이상 저저항 연결 도선이 아니라 전감이다.일반적으로 오디오 위에서 작동하는 전선이나 흔적선은 전기 감각으로 간주되어야하며 더 이상 저항으로 간주되어서는 안되며 RF 안테나가 될 수 있습니다.대부분의 안테나 길이는 특정 주파수의 1/4 또는 1/2 파장과 같습니다.따라서 EMC 사양에서는 갑자기 고효율 안테나로 변하기 때문에 컨덕터나 트레일러가 특정 주파수의 섬 / 20 이하에서는 작동하지 않습니다.센싱 및 커패시터는 회로 공명을 유발하며 사양에 기록되지 않습니다.예: 10cm의 흔적선, R=57m, 8NH/cm를 가정하면 총 전기 감각은 80NH이다.100kHz에서 50m의 인덕션 임피던스를 얻을 수 있습니다.100kHz 이상의 주파수에서 이 흔적선은 전감성흔적선으로 변하며 그 저항값은 무시할수 있다.따라서 이 10cm 흔적선은 150MHz보다 높은 주파수에서 효과적인 방사선 안테나를 형성할 것이다.150MHz일 때 파장이 2m이기 때문에 10cm = 흔적선 길이입니다.주파수가 150MHz보다 크면 파장 Isla가 작아지고 1/4 Isla 또는 1/2 Isla 값이 궤적의 길이 (10cm) 에 가까워지기 때문에 점차 완벽한 안테나를 형성합니다.

2. 저항

저항기는 PCB 보드에서 흔히 볼 수 있는 부품이다.저항기의 재료 (탄소 복합 재료, 탄소 필름, 암모, 와이어 등) 는 주파수 응답의 영향과 EMC의 영향을 제한합니다.와이어 감쇠 저항기는 고주파 응용에 적합하지 않다. 왜냐하면 도선 중의 전기 감각이 너무 크기 때문이다.탄소막 저항기는 전기 감각을 함유하고 있지만, 그 발끝의 전기 감각 값이 크지 않기 때문에 때때로 고주파 응용에 적용된다.대부분의 사람들이 항상 무시하는 것은 저항기의 포장 크기와 기생 용량이다.기생 커패시터는 저항기의 두 단자 사이에 존재하며, 매우 높은 주파수에서 정상적인 회로 특성, 특히 최대 GHz의 주파수를 파괴할 수 있다.그러나 대부분의 응용 회로에서 저항기 핀 사이의 기생 용량은 핀 감지보다 더 중요하지 않습니다.저항이 초고압 극한 시험을 진행할 때는 반드시 저항의 변화에 주의해야 한다.저항기에 정전기 방전이 발생하면 흥미로운 일이 벌어질 수 있다.저항기가 표면 장착 부품이면 아크에 의해 저항기가 뚫릴 가능성이 높습니다.저항기에 핀이 있으면 ESD는 저항기에 대한 높은 저항 (및 높은 감전) 경로를 찾고 저항기가 보호하는 회로에 들어가지 않습니다.사실 진정한 보호기는 이런 저항기의 숨겨진 전감과 용량의 특성이다.

3. 콘덴서

콘덴서는 일반적으로 전원 버스에 적용되어 디커플링, 바이패스를 제공하고 일정한 직류 전압과 전류를 유지합니다.진정한 순수한 콘덴서는 자체 공명 주파수에 도달할 때까지 콘덴서 값을 유지합니다.이 자체 공명 주파수를 초과하면 커패시터 동작이 하나의 센서처럼 변한다.이것은 Xc=1/2ÍfC를 공식으로 설명할 수 있습니다. 여기서 Xc는 내성(단위)입니다.예를 들어, 10 ° f의 전해 콘덴서의 경우 10kHz에서 1.6 ° 의 내성을 가집니다.100MHz에서 160 섬으로 떨어졌습니다.따라서 100MHz에서 단락 효과가 발생하는 것이 EMC 에 이상적입니다.그러나 전해 콘덴서의 전기 매개변수: 등가 직렬 감지 및 등가 직렬 저항은 콘덴서가 1MHz 이하에서만 작동하도록 제한합니다.콘덴서의 사용도 발을 끄는 감각과 부피 구조와 관련이 있는데, 이는 기생 감각의 수와 크기를 결정한다.기생 전감은 콘덴서의 접합선 사이에 존재하는데, 콘덴서가 자기 공명 주파수를 초과할 때 기생 전감은 콘덴서가 센서처럼 표현되어 콘덴서의 원시 기능을 잃게 된다.

4.감전

센서는 PCB 내에서 EMI를 제어하는 데 사용됩니다.센서에 대해 말하자면, 그 감지 저항은 주파수와 정비례한다.이것은 공식으로 설명할 수 있습니다: XL=2ÍfL, 여기서 XL은 인덕션 임피던스(단위)입니다.예를 들어, 이상적인 10mH 센서는 10kHz에서 628로 감지됩니다.100MHz에서 6.2M 섬으로 증가합니다.따라서 100MHz에서 이 센서는 길을 여는 것으로 간주 될 수 있습니다.100MHz에서 이 센서를 통해 신호를 통과시키면 신호의 질이 떨어진다 (시역에서 관찰된다).콘덴서와 마찬가지로 이 센서의 전기 매개변수 (코일 사이의 기생 콘덴서) 는 이 센서의 조작을 1MHz 이하의 주파수로 제한한다.문제는 고주파에서 감지기를 사용할 수 없다면 무엇을 사용해야 하는가?정답은 철분주를 사용해야 한다는 것이다.철분 재료는 높은 자기 전도도를 가진 철 마그네슘 또는 철 니켈 합금이며 고주파와 고임피던스 하에서 센서의 코일 사이의 커패시터 값이 감소합니다.철분 구슬은 일반적으로 고주파 회로에만 적용됩니다. 왜냐하면 저주파에서는 기본적으로 저항 및 저항 컴포넌트를 포함한 전기 감각의 완전한 특성을 유지하기 때문에 회로에 약간의 손실을 초래할 수 있습니다.고주파에서는 기본적으로 하나의 저항 분량 (jÍL) 만 있으며 저항 분량은 주파수가 증가함에 따라 증가합니다.실제로 철분 구슬은 무선 주파수 에너지의 고주파 감쇠기이다.사실 철분구는 센서와 병렬된 저항기라고 볼 수 있다.저주파에서는 저항기가 감지(단락)되고 전류가 감지기로 흐른다.고주파 하에서, 센서의 고전감 저항은 전류가 저항기를 통과하도록 강요한다.본질적으로 쇠구슬은 고주파 에너지를 열로 바꾸는 소모 장치이다.그러므로 효률로 말하면 전기저항이 아니라 전기저항으로 해석될수 밖에 없다.

5. 변압기

변압기는 일반적으로 전원에 존재한다.또한 데이터 신호, I/O 연결 및 전원 커넥터를 격리하는 데도 사용됩니다.변압기 유형과 응용에 따라 1차 권선과 2차 권선 사이에 차폐가 있을 수 있다.차폐는 접지 참조에 연결되어 두 코일 사이의 커패시터 결합을 방지합니다.변압기는 또한 공통 모델 절연을 제공하는 데 널리 사용됩니다.이러한 장치는 입력된 차형 신호를 기반으로 측면 코일과 보조 코일을 자기적으로 연결하여 에너지를 전달합니다.따라서 측면 코일을 통과하는 CM 전압은 거부되어 공통 모드 절연의 목적을 달성합니다.그러나 변압기 제조에서 1차 권선과 2차 권선 사이에는 신호원 용량이 존재한다.회로의 주파수가 증가할 때 커패시터 결합 능력도 증가하여 회로의 절연 효과를 파괴한다.만약 충분한 기생용량이 존재한다면 고주파 RF에너지 (쾌속순변, ESD, 뢰격 등) 는 변압기를 통해 절연의 다른 한쪽의 회로도 이 순간의 고전압 또는 고전류를 접수할수 있다.위에서 다양한 소스 없는 컴포넌트의 숨겨진 특성을 자세히 설명했으며, 이러한 숨겨진 특성이 PCB 보드의 EMI를 유발하는 이유를 설명합니다.

6.전자기 이론을 간단히 말하다

모든 물질은 다른 물질과 구성 관계가 있다.여기에는 다음이 포함됩니다.

1) 전도도: 전류와 전장 사이의 관계 (옴 물질의 법칙): J=ÍE.

2) 자기전도율: 자기통량과 자기장 사이의 관계: B=¼H.

3) 개전 상수: 전하 저장과 전장 사이의 관계: D =.

J= 전도 전류 밀도, A/m2

Í= 물질의 전도성

E= 전장 강도, V/m

D= 전기 사용량 밀도, 쿨론/m2

섬 = 진공 개전 상수, 8.85pF/m

B= 마그네틱 밀도, Weber/m2 또는 Tesla

H=자기장, A/m

Isla ¼ = 매체의 침투율, H/m

고스의 법칙에 따르면 맥스웰 방정식은 분리정리라고도 한다.그것은 전하의 축적으로 인해 발생하는 정전장 E를 설명하는 데 사용할 수 있다.이 현상은 두 경계 사이에서 관찰됩니다: 전도성과 비전도.가우스의 법칙에 따르면, 경계 조건에서의 행동은 정전기 차단 역할을 하는 전도성 케이지 (패러데이 케이지라고도 함) 를 생성한다.패러데이 박스로 둘러싸인 폐쇄된 영역에서는 주변 외부로부터의 전자파가 이 영역에 들어갈 수 없다.패러데이 박스에 전장이 있으면 그 경계에서 그 전장에서 발생하는 전하가 경계 안에 집중된다.경계 밖의 전하가 PCB 보드의 내부 전장에 의해 배척되었다.