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PCB科技 - PCB無源元件隱藏特徵分析

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PCB科技 - PCB無源元件隱藏特徵分析

PCB無源元件隱藏特徵分析

2021-10-26
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Author:Downs

的位置 PCB無源元件 在整個電子行業中與集成電路相同. 它們位於上游,是電子產品中的關鍵部件. 電子電路有有源和無源器件. 所謂的無源元件可以在不通電的情况下工作, 並產生調節電流和電壓等功能, 儲存靜電, 防止電磁干擾, 過濾電流雜質.

與有源元件相比,當無源元件的電壓變化時,電阻和阻抗不會隨之變化。

無源元件可以涵蓋3類產品:電阻器、電感器和電容器。

傳統上,EMC一直被視為“黑魔法”。 事實上,電磁相容性可以通過數學公式來理解。 然而,即使有可用的數學分析方法,這些數學方程對於實際的EMC電路設計來說仍然過於複雜。 幸運的是,在大多數實際工作中,工程師不需要完全理解那些複雜的數學公式和EMC規範中存在的理論基礎。 只要他們使用簡單的數學模型,就可以理解如何滿足EMC要求。

本文使用簡單的數學公式和電磁理論來說明印刷電路板(PCB)上無源元件的隱藏行為和特性。 當工程師想要使他們的電子產品通過EMC標準時,他們必須事先設計這些要求。 必須具備基本知識。

電路板

1. 電線和 PCB跟踪

看似不顯眼的部件,如導線、軌跡、固定框架等,往往成為射頻能量的最佳發射器(即電磁干擾源)。 每個元件都有一個電感,其中包括矽晶片的鍵合線,以及電阻器、電容器和電感器的引脚。 每條導線或軌跡都包含隱藏的寄生電容和電感。 這些寄生元件將影響導線的阻抗,並且對頻率非常敏感。 根據LC的值(决定自諧振頻率)和PCB軌跡的長度,可以在元件和PCB軌跡之間產生自諧振(自諧振),從而形成有效的輻射天線。

在低頻率下,導線通常僅具有電阻特性。 但在高頻下,導線具有電感特性。 因為它變為高頻,會引起阻抗的變化,然後改變導線或PCB軌跡與地面之間的EMC設計。 此時,必須使用地平面和接地網。

導線和PCB跡線之間的主要區別是導線是圓形的,跡線是矩形的。 導線或軌跡的阻抗包括電阻R和電感XL=2ÏÌÌfL。在高頻下,該阻抗定義為Z=R+j XL j2ÏÌfL,並且沒有容性電抗Xc=1/2ÏÌÌfC。 當頻率高於100 kHz時,電感大於電阻。 此時,導線或軌跡不再是低電阻連接導線,而是電感。 一般來說,工作在音訊以上的導線或軌跡應視為電感,而不再視為電阻,可以作為射頻天線。

大多數天線的長度等於某個頻率的1/4或1/2波長(λ)。 囙此,在EMC規範中,導線或跡線不允許在低於某個頻率的λ/20下工作,因為這會突然將其變成高性能天線。 電感和電容會引起電路的諧振,這種現象不會記錄在其規格中。

例如:假設有一個10釐米的軌跡,R=57 mÎ),8 nH/cm,那麼總電感值為80 nH。 在100 kHz時,可以獲得50 mΩ的感應電抗。 當頻率超過100 kHz時,該軌跡將成為電感,其電阻值可以忽略。 囙此,當頻率超過150 MHz時,該10 cm軌跡將形成有效的輻射天線。 因為在150 MHz時,其波長λ=2米,所以λ/20=10 cm=軌跡的長度; 如果頻率大於150 MHz,其波長λ將更小,其1/4λ或1/2λ值將接近軌跡的長度(10 cm),囙此逐漸形成完美的天線。

2、電阻

電阻器是PCB上最常見的元件。 電阻器的資料(碳合成、碳膜、雲母、繞組類型等)限制了頻率回應的影響和EMC的影響。 線繞電阻器不適合高頻應用,因為導線中的電感太大。 儘管碳膜電阻器包含電感,但它們有時適合高頻應用,因為其引脚的電感不大。

3、PCB電容

電容器通常用於電源匯流排,以提供解耦、旁路和保持固定直流電壓和電流(大容量)功能。 真正純淨的電容器將保持其電容值,直到達到自諧振頻率。 超過這個自諧振頻率,電容特性將變得像電感。 這可以用以下公式來解釋:Xc=1/2ÏÌfC,Xc是容性電抗(組織為Î)。 例如:一個10mf的電解電容器,在10 kHz時,電容電抗為1.6Î); 在100 MHz時,它下降到160mÎ)。 囙此,在100 MHz時,存在短路效應,這對EMC來說是理想的。 然而,電解電容器的電力參數:等效串聯電感(ESL)和等效串聯電阻(ESR)將限制該電容器僅在低於1 MHz的頻率下工作。

使用 PCB電容器 也與引脚電感和體積結構有關. 這些因素决定了寄生電感的數量和大小. 電容器的焊絲之間存在寄生電感. 當電容器超過自諧振頻率時,它們會使電容器表現為電感. 因此, 電容器失去其原有功能.