中心議題:
- 電容的高頻等效特性
- 線纜或PCB布線的高頻等效特性
- 磁環(huán)和磁珠的高頻等效特性
- 磁環(huán)和磁珠的高頻等效特性
- 高頻情況下的EMC設計技術
電磁兼容的問題常發(fā)生于高頻狀態(tài)下,,個別問題(電壓跌落與瞬時中斷等)除外,。高頻思維,總而言之,,就是器件的特性,、電路的特性,在高頻情況下和常規(guī)中低頻狀態(tài)下是不一樣的,,如果仍然按照普通的控制思維來判斷分析,,則會走入設計的誤區(qū)。比如:
電容的高頻等效特性
電容,,在中低頻或直流情況下,,就是一個儲能組件,只表現(xiàn)為一個電容的特性,,但在高頻情況下,,它就不僅僅是個電容了,它有一個理想電容的特性,,有漏電流(在高頻等效電路上表現(xiàn)為R),,有引線電感,還在導致電壓脈沖波動情況下發(fā)熱的ESR(等效串聯(lián)電阻),,(如圖),。從這個圖上分析,能幫我們設計師得出很多有益的設計思路,。第一,,按照常規(guī)思路,1/2πfc是電容的容抗,,應該是頻率越高,,容抗越小,,濾波效果越好,即越高頻的雜波越容易被泄放掉,,但事實并非如此,,因為引線電感的存在,一支電容僅僅在其1/2πfc=2πf L等式成立的時候,,才是整體阻抗最小的時候,,濾波效果才最好,頻率高了低了都會濾波效果下降,,由此就可以分析出結論,,為什么在IC的VCC端都會加兩支電容,一支電解的,,一支瓷片的,,并且容值一般相差100倍以上多一點。就是兩支不同的電容的諧振頻率點岔開了一段距離,,既利于對稍高頻的濾波,,也利于對較低頻的濾波。
線纜或PCB布線的高頻等效特性
其次是線纜或PCB布線的高頻等效特性(如圖),,無論高低頻,,走線電阻都是客觀存在,但對于走線電感,,則只在較高頻時候才可以顯現(xiàn)得出來,。另外就是還有一個分布電容的存在,但是,,在導線附近沒有導體的時候,,這個分布電容有也是白搭,就像沒有男人,,女人也不能生孩子一樣,,這是一個需要兩個導體才可以發(fā)揮的作用。
電感和電阻的特性比較簡單,,易于理解,,就不贅述了。
磁環(huán)和磁珠的高頻等效特性
但磁環(huán)和磁珠的高頻等效特性卻不得不提一下,,因為磁環(huán)對高頻脈動的吸波作用,,與電感的表現(xiàn)有點類似,所以經常被認為是電感特性,,但事實上錯了,,磁環(huán)是個電阻特性,不過這個電阻有點特別,,它的阻值大小是頻率的函數(shù)R(f),,如此的話,,在一個帶有高頻波動的信號穿過磁珠的時候,高頻波動會因為I2R的作用而發(fā)熱,,將波動干擾經過電能——磁能——熱能的轉化過程,,所以在導線上波動比較強烈的時候,磁環(huán)摸起來會是溫的,。
高頻情況下的EMC設計技術
以上是EMC專業(yè)中高頻思維的基礎知識,,有了這些,一系列的設計經驗都可以迎刃而解了,。比如:
IC 的VCC端為何加裝兩只電容,,一只電解電容,一只瓷片電容,,是因為電容的高頻等效特性,,引線電感和電容的串聯(lián)導致其綜合阻抗隨頻率而變化,而在WL= (1/WC)的頻率點上,,是其阻抗最小的點(如圖),。而且兩個電容分別有自己的最小阻抗點,,分別對應不同的頻率點,,以便于為IC不同頻率范圍的供電需求提供電流。
靜電工作臺的接地導線用寬的銅皮帶和金屬絲網(wǎng)蛇皮管,,而不是黃綠的圓形接地線纜,,圓形接地線纜的走線電感量偏大,不利于高頻靜電電荷的泄放,。
線纜和線纜之間的間距不宜太近,,否則會因為導線分布電容的存在而導致信號線纜之間出現(xiàn)串擾,當然,,信號線對地線的耦合那又最好是近一點,,這樣,信號線上的波動干擾可以方便的泄放到地線上去,。