PCB科技 - EMI/EMC設計中PCB無源元件隱藏特性分析

傳統上，EMC被視為“黑魔法”。 事實上，EMC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。 只要使用簡單的數學模型，他們就可以瞭解如何滿足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（印刷電路板）上無源元件的隱藏行為和特性。 當工程師想要使其電子產品通過EMC標準時，必須事先設計這些要求。 必須具備基本知識。

電線和 印刷電路板 查出

看似不顯眼的部件，如電線、痕迹、固定框架等，往往成為射頻能量的最佳發射機（即EM我源）。 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。 這些寄生元件會影響導線的阻抗，並且對頻率非常敏感。 根據LC的值（决定自諧振頻率）和印刷電路板跡線的長度，可以在元件和印刷電路板跡線之間產生自諧振（自諧振），從而形成高效的輻射天線。

在低頻時，導線通常只具有電阻特性。 但在高頻下，導線具有電感特性。 由於頻率變高，會引起阻抗的變化，進而改變導線或印刷電路板跡線與地面之間的EMC設計。 此時，必須使用地平面和地栅格。

The main d如果ference between wires 和 印刷電路板 踪迹 is that 這個 wires are round and 這個 查出s are rectangular. 導線或跡線的阻抗包括電阻R和感應電抗XL=2ÏfL. 在高頻下, 這 impedance is defined as Z = R + j XL j2πfL, 無容性電抗Xc=1/2Ï‍fC. 當頻率高於100 kHz時, 這個 電感 大於電阻. 此時, 導線或痕迹不再是低電阻連接導線, 但是 電感. 一般來說, 高於音訊的導線或痕迹應視為 電感, 不再被視為抵抗, 可以是射頻天線.

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某個頻率下工作，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：假設有一條10 cm的軌跡，R=57 mΩ，8 nH/cm，那麼總電感值為80 nH。 在100 kHz時，可獲得50 mΩ的電感。 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150兆赫時，其波長為2米，所以波長為10釐米，即記錄道的長度； 如果頻率大於150 MHz，其波長將更小，其1/4或1/2的值將接近跡線的長度（10 cm），囙此逐漸形成一個完美的天線。

resistance

Resistor is 這個 most common component found on 印刷電路板. The 材料 of the resistor (carbon synthesis, 碳膜, 雲母, 繞組類型 等.) limits the effect of frequency response and the effect of EMC. 線繞電阻器不適用於高頻應用，因為有太多 電感 在電線中. 儘管碳膜電阻器包含 電感, 它們有時適用於高頻應用，因為 電感 它的針腳不是很大.

人們經常忽視的是電阻器的封裝尺寸和寄生電容。 電阻器的兩個端子之間存在寄生電容。 在極高的頻率下，尤其是當頻率達到GHz時，它們會破壞正常的電路特性。 然而，對於大多數應用電路，電阻引脚之間的寄生電容並不比引脚電感更重要。

當電阻進行過電壓應力（過壓應力）試驗時，必須注意電阻的變化。 如果電阻器上出現“靜電放電（ESD）”現象，就會發生有趣的事情。 如果電阻器是表面安裝部件，則電阻器可能被電弧穿透。 如果電阻器有引脚，ESD將找到該電阻器的高電阻（和高電感）路徑，並避免進入該電阻器保護的電路。 事實上，真正的保護器是該電阻器隱藏的電感和電容特性。

電容

電容器通常用於電源匯流排，以提供去耦、旁路和維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。 超出此自諧振頻率後，電容特性將變為電感。 這可以用以下公式來解釋：Xc=1/2Ï‍fC，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，它會下降到160mÎ）。 囙此，在100 MHz時，存在短路效應，這對EMC非常理想。 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。

電容器的使用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。 囙此，電容器失去了原來的功能。

電感

電感用於控制 印刷電路板. 對於電感器, 其感應電抗與頻率成正比. 這可以用以下公式來解釋：XL=2ÏfL, XL is the inductive reactance (unit is Ω). 例如：理想的10 mH電感器, 10 kHz時, the 電感 is 628Ω; 100 MHz時, 新增到6.2米©. 因此, 100 MHz時, this 電感 可視為斷路. 100 MHz時, 如果有訊號通過 電感, the quality of the signal will decrease (this is observed from the time domain). 就像電容器一樣, the electrical parameters of this inductor (parasitic 電容 between the coils) limit this inductor to only work at frequencies below 1 MHz.

問題是，如果電感不能在高頻下使用，應該使用什麼？ 答案是應該使用“鐵氧體磁珠”。 鐵粉資料是鐵鎂或鐵鎳合金，這些資料具有高磁導率（磁導率），在高頻和高阻抗下，電感器中線圈之間的電容值將最小。 鐵粉磁珠通常只適用於高頻電路，因為在低頻時，它們基本上保留了電感的完整特性（包括電阻和電阻元件），囙此會線上路上造成輕微的損耗。 在高頻下，它基本上只有一個電阻分量（jÏ L），電阻分量會隨著頻率的升高而新增，如圖1所示。 事實上，鐵粉珠是射頻能量的高頻衰减器。

事實上，鐵粉珠可以看作是一個電阻和一個電感並聯。 在低頻時，電阻器被電感器“短路”，電流流向電感器； 在高頻下，電感器的高電感迫使電流流向電阻器。

本質上，鐵粉珠是一種“耗散裝置”，可以將高頻能量轉化為熱量。 囙此，就效能而言，它只能解釋為電阻，而不是電感。

圖：鐵粉資料的特性

變壓器

變壓器通常存在於電源中。 此外，它們還可用於隔離數據訊號、輸入/輸出連接和電源介面。 根據變壓器的類型和應用，一次線圈和二次線圈之間可能有遮罩。 遮罩層連接到接地參攷源，以防止兩組線圈之間的電容耦合。