PCB Blogu - PCB Tahtasının Geçici Komponentlerinin Gizli Karakteristiklerinin Analizi

Bu makale PCB masasında pasif komponentlerin gizli davranışlarını ve özelliklerini açıklamak için basit matematiksel formüller ve elektromagnet teorisini kullanır. Bunlar mühendislerin EMC standartlarını geçmek için elektronik ürünleri tasarladığı zaman önceden mühendislerin sahip olması gereken temel bilgiler. Genelde EMC siyah sihir olarak kabul edildi. Aslında, EMC matematiksel formüller tarafından anlayabilir. Ama matematiksel analiz metodları kullanılabilirse bile, bu matematiksel formüller hala gerçek EMC devre tasarımı için çok fazla. Çok karmaşık. Neyse ki, en pratik çalışmalarda mühendislerin EMC belirlenmesinde bulunan kompleks matematik formüllerini ve teoretik temelini tamamen anlaması gerekmiyor, basit matematik modelleri kullanıldığı sürece, EMC ihtiyaçlarına nasıl uygulayacağını anlayabilirler.

1. kablo ve PCB tahta izleri

Sürekler, izler, fixtürler ve benzer görünümlü görünümlü komponentler, sık sık RF enerjinin yayıncısı olur (yani EMI). Her komponentin silikon çipinin bağlama kabloları ve dirençlerin, kapasitörlerin ve induktorların kabloları içeriyor. Her kablo ya da izler gizli parazit kapasitesi ve induktans içerir. Bu parazit komponentler kabloların engellemesini etkiler ve frekanslara hassas. LC değerine bağlı (kendi rezonans frekansiyonunu belirleyen) ve PCB izlerinin uzunluğuna göre, kendi rezonans bir komponent ve PCB izleri arasında olabilir, böylece etkili bir radyasyon anteni oluşturuyor. Düşük frekanslarda kablo yaklaşık sadece dirençlidir. Fakat yüksek frekanslarda kablo induktans özellikleri var. Çünkü yüksek frekans oluştuğundan sonra, impedance değişikliğini neden eder ve sonra kablo veya PCB tahtası izleri ve yerin arasındaki EMC tasarımı değiştirir. Bu sırada yeryüzü ve yeryüzü ağı kullanılmalı. Kablolar ve PCB tahta izleri arasındaki en önemli fark, kablolar çevre ve izler düzgüncüdür. Bir tel veya izlerin impedansı R ve induktiv reaksiyon XL = 2πfL ile oluşur, bu impedans yüksek frekanslarda Z = R + j XL j2 πfL olarak tanımlanır ve kapasitet reaksiyon Xc = 1/2πfC yok. Frekans 100 kHz'den yüksek olduğunda, etkileyici reaksiyon direksiyondan daha büyükdür. Bu zamanlar, kablo veya izler artık düşük dirençlik bağlantı kablosu değil, bir etkileyici. Genellikle, ses üstünde çalışan kablolar veya izler induktif olarak kabul edilmeli ve artık direniyet olarak kabul edilemez ve RF antene olabilir. En çok anten uzunluğu özel bir frekansların 1/4 ya da 1/2 dalga uzunluğuna eşit. Bu yüzden, EMC belirtilerinde, kablolar veya izler belirli bir frekans altında çalışmaya izin verilmez, çünkü bu birdenbire yüksek etkileşimli bir antene dönüştürebilir. Induksyon ve kapasitesi, belirtilerinde belgelenmeyen devre rezonans sebebi oluyor. Misal: 10 cm izleri varsayılırsa, R = 57 m Ω, 8 NH/cm, bu yüzden toplam induktans 80 NH. 100 kHz'de 50 m Ω tarafından etkileyici bir tepki alındı. 100 kHz'in üstündeki frekanslarda bu izler induktif oluyor ve savunma değeri boşluksuz. Bu yüzden bu 10 cm izleri 150 MHz'in frekanslarında etkili bir radyasyon anteni oluşturacak. Çünkü 150 MHz'de, dalga uzunluğu λ = 2 metre, yani λ/20 = 10 cm = izlerin uzunluğu; Eğer frekans 150 MHz'den daha büyük ise dalga uzunluğu Î" küçük olacak ve 1/4Î" ya da 1/2Î değeri izlerin uzunluğuna yakın olacak, bu yüzden mükemmel bir anten yavaşça oluşturulacak.

2. Saldırı

Resistorlar PCB tahtalarında bulunan ortak komponentler. Saldırganın materyali (karbon kompozit, karbon film, mica, kablo yarası...) frekans tepkisinin ve EMC etkisini sınırlar. Kablo yaraları dirençleri yüksek frekans uygulamaları için uygun değildir çünkü kabloda çok fazla etkileyici var. Karbon film rezistencisi induktans içinde olsa da, bazen yüksek frekans uygulamaları için uygun, çünkü pinlerin induktans değeri büyük değil. İnsanların çoğu sık baktığı şey, rezistencinin paket boyutu ve parazitik kapasitesi. Bir direkçinin iki terminalleri arasında parazitik kapasiteler var ve normal devre özelliklerini çok yüksek frekanslarda kesebilirler, özellikle GHz'e kadar. Ancak, çoğu uygulama devreleri için dirençli pinlerin arasındaki parazit kapasitesi pinin induktansından daha önemli olmayacak. Saldırı ultra yüksek voltaj sınırının test edildiğinde, saldırı değişikliğine dikkat vermelidir. Eğer bir elektrostatik patlama dirençli bir yerde olursa, ilginç şeyler olabilir. Eğer dirençli yüzeysel dağıtım komponenti ise, dirençli muhtemelen çarpma ile punkturilebilir. Eğer dirençlerin pinleri varsa, ESD dirençlerin için yüksek dirençlik (ve yüksek induktans) yolunu bulur ve dirençlerin korunan devre girmesini engeller. Aslında gerçek korumacı, bu dirençlerin gizli ve kapasitetli özellikleridir.

3. Kapacitör

Kapacitörler genelde elektrik otobüsüne sürekli bir DC voltajını ve a ğırlığını sağlamak, ayrılmak, geçirmek ve sağlamak için uygulanır. Gerçekten temiz bir kapasitör kendine ait frekans ulaşana kadar kapasitesini koruyacak. Bu özellikli frekans dışında kapasitet davranışı bir induktör gibi olur. Bu formül tarafından gösterilebilir: Xc=1/2πfC ve Xc'in kapasitet reaksiyonu (Ω) olduğu yerde. Örneğin: 10 kHz'de 10 kHz elektrolit kapasitesi için kapasitet reaksiyonu 1,6Ω; 100 MHz'de, 160ÎÎÎ'e düşüyor. 100 MHz'de kısa devre etkisi var. Bu EMC için ideal. Fakat elektrolit kapasitelerinin elektrik parametreleri: ekvivalent seri induktans ve ekvivalent seri direksiyonu, bu kapasiteyi sadece 1 MHz altında çalışmak için sınırlayacak. Kapacitörlerin kullanımı da, parazitik indukatörlerin sayısını ve boyutunu belirleyen pin induktans ve volum yapısıyla bağlantılı. Kapacitörün bağlama kabloları arasında parazitik indukatör var ve kapasitörü kendi rezonant frekanslarını aştığında indukatör gibi davranır ve kapasitör orijinal fonksiyonunu kaybeder.

4. Induksyon

PCB içinde EMI kontrol etmek için kullanılır. Bir induktör için, induktör reaksiyonu frekans ile proporcional. Bu formül tarafından gösterilebilir: XL = 2πfL ve XL'in induktiv reaksiyonu (Ω) olduğu yerde. Örneğin, 10 kHz'de ideal 10 mH indukatörü, indukatör 628Ω; 100 MHz'de 6,2 M Î'ye yükseliyor. 100 MHz'de bu induktor açık bir devre olarak kabul edilebilir. 100 MHz'de sinyal geçirmek, bu induktor üzerinden sinyalin kalitesini azaltmaya sebep olacak (bu zaman alanında izlenir). Kapasantör gibi, bu indukatörün elektrik parametreleri (gölgeler arasındaki parazitik kapasitesi) bu indukatörün işlemini 1 MHz altında frekanslara sınırlar. Soru şu ki, yüksek frekanslarda, eğer bir induktör kullanamazsanız, neyi kullanmalısınız? Cevap şu ki demir barut perdeleri kullanılmalı. Demir pulu materyalleri demir-magnezi veya demir-nikel sakatları, bu materyaller yüksek magnetik permeabiliyeti ve yüksek frekans ve yüksek impedans üzerinde, indukatördeki kolların arasındaki kapasitet değeri azaltılacak. Demir pulu kutuları genelde sadece yüksek frekans devreleri için uygun, çünkü düşük frekanslarda, temel olarak induktans (dirençli ve reaktif komponentleri dahil olmak üzere) tamamen özelliklerini tutuyorlar, böylece çizgide bazı kaybetmeler. Yüksek frekanslarda sadece dirençli bir komponenti (j Ï; 137L) vardır ve dirençli komponenti frekansla artıyor. Aslında, demir pulu topu RF enerjisi için yüksek frekans enerjisi düzenleyicidir. Aslında demir pulu topu bir indukatörle bağlantılı bir direktör olarak kabul edilebilir. Daha düşük frekanslarda dirençli (kısayılmış) ve akışlar induktöre ulaşır. Yüksek frekanslarda, induktörün yüksek etkileyici reaksiyonu karşı karşılığından akışmak zorunda kalır. Aslında demir köpüsü, yüksek frekans enerjisini ısı olarak dönüştüren bir aygıt. Bu nedenle etkileşimliliğe göre, sadece bir dirençlik olarak yorumlanabilir, değil bir etkileşim.

5. Transformer

Transformatörler genelde güç malzemelerinde bulunur. Ayrıca, veri sinyallerini, I/O bağlantılarını ve güç arayüzlerini incelemek için kullanılabilir. Ünversiteci türüne ve uygulama bağlı, ilk ve ikinci rüzgarlar arasında koruması olabilir. Kalkan bir yeryüzünde bağlanmış ve iki kol seti arasındaki kapasitet bağlantısını engellemek için kullanılır. Ünversiteciler de ortak mod insulasyon sağlamak için geniş olarak kullanılır. Bu aygıtlar, mantıklı olarak tarafı ve ikinci boğazlarını birleştirerek, içeri girdiklerinden geçen farklı mod sinyallerine dayanan enerji aktarıyor. Sonuç olarak, CM voltajı tarafından geçtiği soygun reddedilecek, bu yüzden ortak moda saldırımın amacına ulaştırılacak. Ancak, transformatörlerin yapımında ilk ve ikinci rüzgarlar arasında sinyal kaynağı kapasitesi var. Devre frekansı arttığında, kapasitet bağlama yeteneği de arttırır, böylece devreğin izolatıcı etkisini yok ediyor. Eğer yeterli parazit kapasitesi varsa, yüksek frekans RF enerji (hızlı geçici, ESD, yıldırım saldırıları, etc.) transformatörü üzerinden geçebilir ve insulasyonun diğer tarafındaki devreyi de bu anımsal yüksek voltaj veya yüksek akışı alabilir. Çeşitli pasif komponentlerin gizli özellikleri yukarıdaki detaylarda açıklandı ve bu gizli özelliklerin neden PCB tahtasında EMI olabileceğini açıklayacak.

6. Elektromagnetik Teorisi hakkında konuşmak

Tüm maddeler diğer maddelerle birleşme ilişkisi var. Bu içeriyor:

1) İşletimler: Şimdiki ve elektrik alanın ilişkisi (Ohm'in madde yasası): J=Ï› E.

2) İkincisizlik koefitörü: Manyetik akışı ve manyetik alanı arasındaki ilişki: B=μH.

3) Dielektrik konstant: yük depolaması ve elektrik alanı arasındaki ilişki: D=εE.

J = conduction current density, A/m2

Ï›= maddelerin davranışlığı

E = elektrik alan gücü, V/m

D = elektrik flux yoğunluğu, kulomblar/m2

ε= vakuum izni, 8,85 pF/m

B = Magnetik flux yoğunluğu, Weber/m2 veya Tesla

H = Magnetik alan, A/m

μ= ortamın permeabiliyeti, H/m

Gauss yasasına göre, Maxwell'in denklemi ayrılma teorisi olarak da bilinir. Elektrotatik alan E'nin oluşturduğunu hesaplamak için kullanılabilir. Bu fenomen iki sınır arasında izleniyor: yönetici ve davranışsız. Gauss yasasına göre, s ınır koşulları altında davranış, elektrostatik kalkanı olarak hareket eden bir süreci kafe oluşturur. Faraday kutusunda çevrilen bir alanda, etrafındaki elektromagnet dalgaları bu alana giremez. Eğer Faraday kutusunda sınırında elektrik alan oluşturduğu bir alan varsa, bu elektrik alanın içinde konsantre edildi. Sınır dışında patlamalar PCB tahtasındaki iç elektrik alan tarafından reddedildir.