PCB Teknik - EMI/EMC Tasarımı'nda PCB Passive Komponentlerinin Gizli Özelliklerinin Analizi

Genelde EMC "siyah sihir" olarak kabul edildi. Aslında, EMC matematiksel formüller tarafından anlayabilir. Ama matematiksel analiz metodları bulunan olsa bile, bu matematiksel denklemler hala gerçek EMC devre tasarımı için çok karmaşık. Neyse ki, en pratik çalışmalarda mühendislerin bu kompleks matematik formüllerini ve EMC belirlerinde bulunan teoretik temelini tamamen anlaması gerekmiyor. Basit matematiksel modeller kullanıldığı sürece, EMC ihtiyaçlarına nasıl uygulayacağını anlayabilirler.

This article uses simple mathematical formulas and electromagnetic theory to illustrate the hidden behaviors and characteristics of passive components on printed circuit boards (PCBs). Mühendislerin elektronik ürünlerini EMC standartlarını geçirmek istediklerinde önceden tasarlamak zorunda olduğu ihtiyaçları bunlardır. Basit bilgi olmalı.

kablo ve PCB izleri

Görünüşe göre, kablolar, izler, çerçeveleri düzeltme ve benzer görünüşe göre anlamsız parçalar genelde radyo frekans enerjinin en iyi yayınlayıcısı (yani EMI kaynağı). Her parçası silikon çipinin bağlantısı ve dirençlerin, kapasitörlerin ve induktorların bağlantısı içeriyor. Her kablo ya da izler gizli parazit kapasitesi ve induktans içerir. Bu parazit komponentler kabloların engellemesini etkileyecek ve frekanslara çok hassas olacak. LC değerine göre (kendi resonans frekansiyonunu belirleyen) ve PCB izlerinin uzunluğuna göre, kendi resonans (kendi resonans) bir komponent ve PCB izleri arasında oluşturulabilir, böylece etkili bir radyasyon anteni oluşturuyor.

Düşük frekanslarda kablo genellikle sadece direniyet özellikleri var. Fakat yüksek frekanslarda kablo induktans özellikleri var. Because it becomes high frequency, it will cause the change of impedance, and then change the EMC design between the wire or PCB trace and the ground. Şu anda yeryüzü uçağı ve yeryüzü ağı kullanılmalı.

Kablolar ve PCB izleri arasındaki en önemli fark, kablolar çevre ve izler düzgüncüdür. Bir tel veya izlerin engellemesi R ve induktiv reaksiyonu XL = 2πfL içeriyor. Yüksek frekanslarda bu impedans Z = R + j XL j2 πfL olarak tanımlanır ve kapasitet reaksiyonu Xc = 1/2πfC yok. Frekans 100 kHz'den yüksek olduğunda, induktans dirençliğinden daha büyükdür. Bu zamanlar, kablo veya izler artık düşük dirençlik bağlayan kablo değil, bir etkisiz. Genelde ses frekanslarının üstünde çalışan kablolar veya izler induktans olarak kabul edilmeli ve artık dirençlik olarak kabul edilemez ve radyo frekansları antene olabilir.

En çok anten uzunluğu belli bir frekans 1/4 ya da 1/2 dalga uzunluğuna eşittir. Bu yüzden, EMC belirlenmesinde, kablolar veya izler belirli bir frekans altında çalışmak imkansız olmaz, çünkü bu aniden yüksek performans antene dönüşecek. Induksyon ve kapasitesi devreyi kaydetmeyecek, bu fenomen özelliklerinde kaydedilmeyecek.

Örneğin: 10 cm izleri var, R = 57 m Ω, 8 nH/cm, bu yüzden toplam induktans değeri 80 nH. 100 kHz'de, 50 m Ω tarafından bir etkisi alınabilir. Frekans 100 kHz'den fazla olduğunda, bu izler bir etkisiz olacak ve dirençlik değeri ihmal edilebilir. Bu yüzden bu 10 cm izleri, frekans 150 MHz'den fazla olduğunda etkili bir radyasyon anteni oluşturacak. Because at 150 MHz, its wavelength λ = 2 meters, so λ/20 = 10 cm = the length of the trace; Eğer frekans 150 MHz'den daha büyük ise dalga uzunluğu Î" küçük olacak ve 1/4Î" ya da 1/2Î'nin değeri izlerin uzunluğuna yakın olacak, bu yüzden mükemmel bir anten yavaşça oluşturulacak.

dirençlik

Resistor PCB'de bulunan en yaygın komponent. Saldırganın materyali (karbon sintezi, karbon film, mica, rüzgar türü...) frekans cevabının ve EMC etkisinin etkisini sınırlar. Kablo yarası dirençleri yüksek frekans uygulamaları için uygun değildir çünkü kablolarda çok fazla etkisiz var. Although carbon film resistors contain inductance, they are sometimes suitable for high-frequency applications because the inductance of its pins is not large.

İnsanların sık sık baktığı şey dirençlerin paket boyutu ve parazitik kapasitesi. Rakipçinin iki terminalleri arasında parazitik kapasitesi var. Normal devre özelliklerini aşırı yüksek frekanslarda hasar edebilirler, özellikle frekans GHz'e ulaştığında. Ancak, çoğu uygulama devreleri için rezistentçi pinlerin arasındaki parazit kapasitesi pinin induktansından daha önemli değil.

Saldırı aşırı voltaj stresi (fazla voltaj stresi) testine göre, dirençliğin değişikliğine dikkat etmelisiniz. Eğer dirençte "elektrostatik patlama (ESD)" fenomeni oluşursa, ilginç bir şey olacak. Eğer dirençli yüzeysel dağıtım komponenti ise, dirençli bulunan çay tarafından girecek. Eğer dirençlerin pinleri varsa, ESD bu dirençlerin yüksek dirençlik yolunu bulacak ve bu dirençli tarafından korunan devre girmekten kaçıracak. Aslında gerçek korumacı, bu dirençli tarafından gizlenen inceleme ve kapasite özellikleridir.

kapasitesi

Kapacitörler genelde elektrik otobüsünde ayrılmak, ayrılmak ve sabit DC voltaj ve a ğır (çoğu) fonksiyonlarını sağlamak için kullanılır. A truly pure capacitor will maintain its capacitance value until it reaches the self-resonant frequency. Bu kendi rezonans frekansı dışında kapasitet özellikleri bir etkinlik gibi olacak. Bu formül tarafından açıklanabilir: Xc=1/2πfC, Xc kapasitet reaksiyondur (birim Ω). Örneğin: 10 kHz'de 10 kHz elektrolit kapasitesinde kapasitet reaksiyonu 1,6Ω; 10 kHz'de 100 MHz'de, 160ÎÎÎ'e düşüyor. Therefore, at 100 MHz, there is a short circuit effect, which is ideal for EMC. Fakat elektrolit kapasitelerinin elektrik parametreleri: ekvivalent seri induktans (ESL) ve ekvivalent seri direksiyonu (ESR), bu kapasiteyi sadece 1 MHz aşağıdaki frekanslarda çalışmaya sınırlayacak.

Kapacitörlerin kullanımı da pin induktans ve volume yapısıyla bağlı. Bu faktörler parazitik indikatlerin sayısını ve boyutunu belirliyor. Kapacitörün karıştırma kabloları arasında parazitik etkisi var. Kapacitörü kendi rezonans frekansiyonunu aştığında bir etkisiz gibi davranıyorlar. Therefore, the capacitor loses its original function.

induktans

PCB'de EMI kontrol etmek için kullanılır. Bir induktör için, induktör reaksiyonu frekans ile proporcional. Bu formül tarafından açıklanabilir: XL = 2πfL, XL induktiv reaksiyondur (birim Ω). For example: an ideal 10 mH inductor, at 10 kHz, the inductance is 628Ω; 100 MHz'de 6,2 M Î'ye yükseliyor. Therefore, at 100 MHz, this inductance can be regarded as an open circuit. 100 MHz'de, bir sinyal bu etkinliğe geçerse sinyalin kalitesi azalır (bu zaman alanından izlenir). Kapasantör gibi, bu indukatörün elektrik parametreleri (kol arasındaki parazit kapasitesi) bu indukatörü sadece 1 MHz altındaki frekanslarda çalışmaya sınırlıyor.

Soru şu ki, eğer induktans yüksek frekanslarda kullanılamazsa, ne kullanılacak? Cevap şu ki "ferrite bead" kullanılmalı. The iron powder material is iron-magnesium or iron-nickel alloy, these materials have high permeability (permeability), under high frequency and high impedance, the capacitance value between the coils in the inductor will be the smallest. Demir pulu kutuları genelde sadece yüksek frekans devreleri için uygun, çünkü düşük frekanslarda, temel olarak induktans (dirençlik ve dirençlik komponentleri dahil olmak üzere) tamamen özelliklerini tutuyorlar, böylece hatta biraz kaybedecekler. Yüksek frekanslarda sadece bir direnç komponenti (j Ï; 137L) vardır ve direnç komponenti, 1. Şekil'de gösterilen frekans yükseldiği şekilde yükselecek. In fact, iron powder beads are high-frequency attenuators for RF energy.

Aslında demir pulu köpüsü dirençli ve paralel bir induktor olarak kabul edilebilir. Daha düşük frekanslarda dirençli induktor tarafından "kısa devre" ve akışı induktor tarafından akışıyor; Yüksek frekanslarda, indukatörün yüksek indukatörlüğü akışını dirençlerine akıştırmasını sağlar.

Aslında demir pulu köpekleri yüksek frekans enerjisini ısı olarak dönüştüren "dağıtıcı bir cihazdır". Bu nedenle performans konusunda sadece bir direnç olarak a çıklanabilir, yanlış değil.

Figure: Characteristics of iron powder materials

Transformer

Transformer genelde güç malzemelerinde bulunuyor. In addition, they can be used to insulate data signals, I/O connections, and power supply interfaces. transformatörün türüne ve uygulamasına bağlı, ilk ve ikinci kolların arasında kalkan olabilir. Kalkan iki kol arasındaki kapasitet bağlantısını engellemek için temel bir referans kaynağı ile bağlı.