Технология PCB - анализ скрытых характеристик пассивных устройств печатных плат при проектировании EMI / EMC

Традиционно ЭМС считается "черной магией".На самом деле ЭМС можно понять с помощью математических формул. Однако даже если существуют методы математического анализа,эти математические уравнения все равно слишком сложны для реального проектирования схем ЭМС.К счастью,в большинстве практических работ инженерам не нужно полностью понимать теоретическую основу существования этих сложных математических формул и правил ЭМС.Пока используются простые математические модели, они могут понять,как удовлетворить требованиям ЭМС.

в данной статье используются простые математические формулы и электромагнитные теории для описания скрытых действий и характеристик пассивных элементов на печатных платах (печатная плата). когда инженеры хотят,чтобы их электроника прошла через стандарты EMC,они должны заранее спроектировать эти требования.необходимо иметь базовые знания.

провод и печатная плата проследить

Незаметные на первый взгляд компоненты, такие как провода,проследить,неподвижная рама,сорт, часто становятся лучшими передатчиками радиочастотной энергии (то есть источником ЭМя). Каждый компонент имеет индуктивность,включая линии связи кремниевых чипов,и выводы резисторов, конденсаторов и индукторов. Каждый провод или траектория содержит скрытый паразитный ток емкость и индуктивность.Эти паразитные компоненты будут влиять на импеданс провода и очень чувствительны к частоте. В зависимости от величины LC (определяющей частоту саморезонанса) и длины печатной платы трассы,между компонентом и печатной платой трассы может возникнуть саморезонанс, что позволит сформировать эффективную излучающую антенну.

при низкой частоте провод обычно имеет только характеристики сопротивления. но под высокой частотой провод обладает индуктивными свойствами. Потому что он превращается в высокочастотную частоту,что приводит к изменениям импеданса, а затем изменяет дизайн EMC между проводом или линией печатная плата и землей. при этом необходимо использовать земную плоскость и решетку.

Основные различия между проводами и трассами PCB проводов в том, что провода круглые, а трассы прямоугольные.Сопротивление провода или линии, включая сопротивление R и индуктивное сопротивление XL=2 Transcript.High частоты, этот импеданс определяется как Z = R + j XL j2ÏfL, и нет емкостной реактивности Xc = 1/Transcript: notabenoid.com. Когда частота выше 100 кГц, индуктивность больше, чем сопротивление.Теперь, провод или трасса больше не низкоомный соединительный провод, но индуктивность.Вообще говоря, провода или трассы, работающие на звук следует рассматривать как индуктивность, а не рассматривать как сопротивление, и может быть радиочастотной антенной.

Длина большинства антенн составляет 1/4 или 1/2 длины волны (Î") определенной частоты. Поэтому, согласно нормам ЭМС,проводам или трассам не разрешается работать на частотах ниже Î" / определенной частоты,поскольку это неожиданно превратит ее в высокоэффективную антенну. Индуктивность и емкость вызывают резонанс в цепи, это явление не будет записано в их спецификации.

например, если предположить,что существует траектория 10 см,то R = 57 м при остановке на сантиметр и 8 ма / См, то общая индуктивная величина составляет 80 ма. при 100 khz, можно получить 50 m при выключении индуктивности.когда частота превышает 100 кГц,эта траектория становится индуктивной, и ее величина сопротивления может быть проигнорирована. Таким образом, при частоте более 150 МГц траектория 10 см образует эффективную радиационную антенну.поскольку длина волны в 150 МГц составляет 2 м, то "/ 20 = 10 см = длина траектории; если частота более 150 МГц,длина волны будет меньше,а ее значение 1/4 отключено или 1/2 отключено будет приближаться к длине траектории (10 см), и поэтому постепенно образуется идеальная антенна.

сопротивление

Резистор - самый распространенный компонент, встречающийся на печатных платах.Характеристики материала резистора (углеродная синтетика, углеродная пленка, слюда, тип намотки и т. д.) ограничивают влияние частотной характеристики и эффект ЭМС.Резистор с проволочной обмоткой не подходит для ВЧ-приложений,поскольку на проволоке слишком большая индуктивность.Хотя резисторы из углеродной пленки содержат индуктивность, иногда они применимы в высокочастотных приложениях,поскольку индуктивность их выводов невелика.

Что люди часто упускают из виду, так это размер корпуса и паразитную емкость резистора. Паразитная емкость между двумя зажимами резистора. Они могут нарушить нормальные характеристики схемы на очень высоких частотах, Особенно если частота достигает ггц. Однако для большинства приложений паразит емкость между выводами резистора не важнее, чем индуктивность вывода.

при испытании сопротивления на перенапряжение (перенапряжение) необходимо учитывать изменение сопротивления. если на резисторе возникает явление "статического разряда" (сэд), то происходит что то интересное. Если резистор является частью монтажа поверхности, то дуга может пробить его. Если резистор имеет цоколь, ESD найдет контур резистора с высоким сопротивлением (и высокой индуктивностью) и не войдет в защищенную им схему. На самом деле, настоящий предохранитель - Это резистор, скрытый от индуктивности и ёмкостных свойств.

емкость

конденсаторы, как правило, используются в шинах электропитания для развязки, обхода и поддержания постоянного напряжения и тока (большой емкости). действительно чистые конденсаторы сохранят свои емкости до тех пор, пока они не достигнут частоты самовозбуждения. Чем больше этой саморезонансной частоты, ёмкостные свойства будут выглядеть как индуктивность. Это можно объяснить следующей формулой: xc = 1 / 2 Transcript fc, xc - реактивное сопротивление (ед. например: электролитический конденсатор, отключенный в 10 мг / кв, при котором емкостное сопротивление составляет 1,6 Вт; в 100 МГц он упадет до 160. Так, при 100 МГц возникает эффект короткого замыкания, который идеально подходит для EMC. Однако электрические параметры электролитического конденсатора: эквивалентная индуктивность тандема (ESL) и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ограничивают работу конденсатора только на частотах ниже 1MHz.

использование конденсаторов также связано с индуктивностью выводов и объемной структурой. Эти факторы определяют количество и размер паразитной индуктивности. между сварными проволоками конденсатора существует паразитная индуктивность. когда конденсаторы превышают частоту самовозбуждения, они ведут конденсатор так же, как и индуктивность. Поэтому конденсатор потерял свою первоначальную функцию.

индуктивность

Индуктивность используется для защиты от электромагнитных помех в цепях управления печатных плат. Для индуктора его индуктивное сопротивление прямо пропорционально частоте. Это можно объяснить формулой: XL = 2ÏfL, XL - индуктивное сопротивление (единица измерения - Ω). Пример: идеальный 10mh - датчик, при 10 кГц индуктивность составляет 628Ω; при 100 МГц увеличивается до 6,2 м). поэтому при 100 МГц эту индуктивность можно считать разомкнутой. при 100 МГц, если есть индуктивность сигнала, качество сигнала будет снижаться (это наблюдается во временной области). тип конденсатора, электрические параметры этого индуктора (паразитная емкость между витками) ограничивают его работу только на частотах ниже 1 МГц.

Вопрос в том, что следует использовать, если индуктивность не может быть использована в ВЧ - диапазоне? Ответ - использовать "ферритовые магниты". порошковый материал - ферромагнитный или ферроникелевый сплавы, имеющие высокую магнитную проницаемость (магнитную проницаемость) и наименьшее значение емкости между катушками в индукторах при высокой частоты и высоком сопротивлении. ферромагнитные бусы обычно применяются только к высокочастотным схемам, так как при низкой частоте они в основном сохраняют полные характеристики индуктивности (включая резисторы и резисторные элементы), и поэтому приводят к незначительным потерям на дорогах в режиме он - лайн. в условиях высокой частоты он в основном имеет лишь одну составляющую сопротивления (J Transcript 137A L), которая увеличивается по мере увеличения частоты, как показано на рисунке 1. На самом деле, железные шарики - Это высокочастотный аттенюатор для радиочастотной энергии.

На самом деле, дробь может рассматриваться как соединение сопротивления с индуктивностью. при низкой частоте резистор "короткое замыкание" индуктора, ток к индуктору; Под высокой частотой высокая индуктивность индуктора вынуждает ток к резистору.

В сущности, железные шарики представляют собой "рассеивающее устройство", которое преобразует высокочастотную энергию в теплоту. Поэтому, с точки зрения характеристик, это можно объяснить не индуктивностью, а сопротивлением.

рисунок: характеристики порошкового материала

трансформатор

Трансформаторы обычно используются в источниках питания. Кроме того, они могут использоваться для изоляции сигналов данных, соединений ввода-вывода, интерфейса с источниками питания. В зависимости от типа и применения трансформатора, между первичной и вторичной обмотками может быть установлен экран. Экранированный слой подключается к заземленному источнику опорного сигнала для предотвращения конденсаторной связи между двумя обмотками.