PCB科技 - PCB無源元件隱藏特徵分析

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。

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.