pcb无源元件emc隐藏特性

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1、EMC设计—PCB无源元件的隐藏特性EMC一直被视为黑色魔术，抽象难以琢磨。其实，EMC是可以藉由数学公式来理解的。不过，纵使有数学分析方法可以利用，但那些数学方程式对实际的EMC电路设计而言，仍然太过复杂了。幸运的是，在大多数的实务工作中，工程师并不需要完全理解那些复杂的数学公式和存在于EMC规范中的学理依据，只要藉由简单的数学模型，就能够明白要如何达到EMC的要求。从数学公式和电磁理论来说明在印刷电路板（PCB）上无源元件的隐藏行为和特性，这些都是工程师想让所设计的电子产品通过EMC标准时，事先所必须具备的基本知

2、识。导线和PCB走线导线、走线、固定架……等看似不起眼的组件，却经常成为射频能量的最佳发射器（亦即，EMI的来源）。每一种组件都具有电感，这包含硅芯片的焊线、以及电阻、电容、电感的接脚。每根导线或走线都包含有隐藏的寄生电容和电感。这些寄生性组件会影响导线的阻抗大小，而且对频率很敏感。依据LC的值（决定自共振频率）和PCB走线的长度，在某组件和PCB走线之间，可以产生自谐振，因此，形成一根有效率的辐射天线。在低频时，导线大致上只具有电阻的特性。但在高频时，导线就具有电感的特性。因为变成高频后，会造成阻抗大小的变化，进而

3、改变导线或PCB走线与接地之间的EMC设计，这时必需使用接地面和接地网格。导线和PCB走线的最主要差别只在于，导线是圆形的，走线是长方形的。导线或走线的阻抗包含电阻R和感抗XL=2πfL，在高频时，此阻抗定义为Z=R+j2πfL，没有容抗Xc=1/2πfC存在。频率高于100kHz以上时，感抗大于电阻，此时导线或走线不再是低电阻的连接线，而是电感。一般而言，在音频以上工作的导线或走线应该视为电感，不能再看成电阻，而且可以是射频天线。大多数天线的长度是等于某一特定频率的1/4或1/2波长（λ）。因此在EMC的规范中，不

4、容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作，因为这会使它突然地变成一根高效能的天线。电感和电容会造成电路的谐振，此现象是不会在它们的规格书中记载的。例如：假设有一根10公分的走线，R=57mΩ，8nH/cm，所以电感值总共是80nH。在100kHz时，可以得到感抗50mΩ。当频率超过100kHz以上时，此走线将变成电感，它的电阻值可以忽略不计。因此，此10公分的走线将在频率超过150MHz时，将形成一根有效率的辐射天线。因为在150MHz时，其波长λ=2公尺，所以λ/20=10公分=走线的长度；若频率大于150M

5、Hz，其波长λ将变小，其1/4λ或1/2λ值将接近于走线的长度（10公分），于是逐渐形成一根完美的天线，此时的线成为将信号转换成场的转换器。而这种情况正是我们在设计时需要特别注意的，一旦产品成型又迫于市场先机等问题，再来处理这类EMC问题往往将给产品带来成本的增加，而且生产工艺难以做到，从而也将增加EMC准入的风险性。电阻电阻是在PCB上最常见到的组件。电阻的材质（碳合成、碳膜、云母、绕线型…等）限制了频率响应的作用和EMC的效果。绕线型电阻并不适合于高频应用，因为在导线内存在着过多的电感。碳膜电阻虽然包含有电感，但

6、有时适合于高频应用，因为它的接脚之电感值并不大。一般人常忽略的是，电阻的封装大小和寄生电容。寄生电容存在于电阻的两个终端之间，它们在极高频时，会对正常的电路特性造成破坏，尤其是频率达到GHz时。不过，对大多数的应用电路而言，在电阻接脚之间的寄生电容不会比接脚电感来得重要。当电阻承受超高电压极限考验时，必须注意电阻的变化。如果在电阻上发生了静电释放（ESD）现象，则会发生有趣的事。如果电阻是表面安装元件，此电阻很可能会被电弧打穿。如果电阻具有接脚，ESD会发现此电阻的高电阻（和高电感）路径，并避免进入被此电阻所保护的电

7、路。其实，真正的保护者是此电阻所隐藏的电感和电容特性。在放大电路设计中，电阻的选择极为重要。在高频范围内，由于在电阻上的感应响应，阻抗会增大。因此，增益调整的电阻应该尽可能地放置在靠近放大器电路的地方，来降低板子的感应系数。在上拉/下拉电阻的电路中，晶体管或者IC电路的快速通断会引起开关噪声。为了降低这种影响，所有的偏置电阻都尽可能的放在靠近有源器件的地方。在时钟信号线路里，电阻应尽可能的放在时钟信号输出端。首先电阻在时钟线路里能减缓时钟信号的上升和下降缘，同时也能降低信号的幅度，以减轻它的辐射能力。其次此电阻本身就

8、有阻抗匹配的作用，若往后放更加加重了负载的阻抗，更容易引起信号的反射。当电路在高速运行时，在源和目的间的阻抗匹配非常重要。因为错误的匹配将会引起信号的反射和阻尼震荡。过量的射频能量将会辐射或影响到电路的其他部分，引起EMI的问题。信号的端接有助于减少这些非预期的结果。串联端接匹配电路串联源端匹配的方法，加上源端电阻Rｓ是为了实现源端Zｓ和传输线