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經(jīng)驗(yàn)分享:高頻電子電路電磁兼容設(shè)計(jì)要點(diǎn)
發(fā)布時(shí)間:2015-04-14 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】電磁兼容的問題常發(fā)生于高頻狀態(tài)下總是會(huì)這樣那樣的出現(xiàn),本文介紹的就是是EMC專業(yè)中高頻思維的基礎(chǔ)知識(shí),有了這些,一系列的EMC設(shè)計(jì)都可以迎刃而解了。
電磁兼容的問題常發(fā)生于高頻狀態(tài)下,個(gè)別問題(電壓跌落與瞬時(shí)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(huì)走入設(shè)計(jì)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(gè)儲(chǔ)能組件,只表現(xiàn)為一個(gè)電容的特性,但在高頻情況下,它就不僅僅是個(gè)電容了,它有一個(gè)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(dǎo)致電壓脈沖波動(dòng)情況下發(fā)熱的ESR(等效串聯(lián)電阻),(如圖)。從這個(gè)圖上分析,能幫我們?cè)O(shè)計(jì)師得出很多有 益的設(shè)計(jì)思路。
第一,按照常規(guī)思路,1/2πfc是電容的容抗,應(yīng)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(shí)并非如此,因?yàn)橐€電感的存在,一支電容僅僅在其1/2πfc=2πf L等式成立的時(shí)候,才是整體阻抗最小的時(shí)候,濾波效果才最好,頻率高了低了都會(huì)濾波效果下降,由此就可以分析出結(jié)論,為什么在IC的VCC端都會(huì)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(diǎn)。就是兩支不同的電容的諧振頻率點(diǎn)岔開了一段距離,既利于對(duì)稍高頻的濾波,也利于對(duì)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(duì)于走線電感,則只在較高頻時(shí)候才可以顯現(xiàn)得出來。另外就是還有一 個(gè)分布電容的存在,但是,在導(dǎo)線附近沒有導(dǎo)體的時(shí)候,這個(gè)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(gè)需要兩個(gè)導(dǎo)體才可以發(fā)揮的作 用。
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?yàn)榇怒h(huán)對(duì)高頻脈動(dòng)的吸波作用,與電感的表現(xiàn)有點(diǎn)類似,所以經(jīng)常被認(rèn)為是電感特性,但事實(shí)上錯(cuò)了,磁環(huán)是個(gè)電 阻特性,不過這個(gè)電阻有點(diǎn)特別,它的阻值大小是頻率的函數(shù)R(f),如此的話,在一個(gè)帶有高頻波動(dòng)的信號(hào)穿過磁珠的時(shí)候,高頻波動(dòng)會(huì)因?yàn)镮2R的作用而發(fā) 熱,將波動(dòng)干擾經(jīng)過電能——磁能——熱能的轉(zhuǎn)化過程,所以在導(dǎo)線上波動(dòng)比較強(qiáng)烈的時(shí)候,磁環(huán)摸起來會(huì)是溫的。
高頻情況下的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)
以上是EMC專業(yè)中高頻思維的基礎(chǔ)知識(shí),有了這些,一系列的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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?yàn)殡娙莸母哳l等效特性,引線電感和電容的串聯(lián)導(dǎo)致其綜合阻抗隨頻率而變化,而在WL= (1/WC)的頻率點(diǎn)上,是其阻抗最小的點(diǎn)(如圖)。而且兩個(gè)電容分別有自己的最小阻抗點(diǎn),分別對(duì)應(yīng)不同的頻率點(diǎn),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(tái)的接地導(dǎo)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(huì)因?yàn)閷?dǎo)線分布電容的存在而導(dǎo)致信號(hào)線纜之間出現(xiàn)串?dāng)_,當(dāng)然,信號(hào)線對(duì)地線的耦合那又最好是近一點(diǎn),這樣,信號(hào)線上的 波動(dòng)干擾可以方便的泄放到地線上去。
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