高頻電路的電磁兼容設計誤區分析
發布時間:2011-11-11
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
- 磁環和磁珠的高頻等效特性
- 磁環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生於高頻狀態下,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中低頻狀態下是不一樣的,如果仍然按照普通的控製思維來判斷分析,則會走入設計的誤區。比如:
電容的高頻等效特性
電(dian)容(rong),在(zai)中(zhong)低(di)頻(pin)或(huo)直(zhi)流(liu)情(qing)況(kuang)下(xia),就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)儲(chu)能(neng)組(zu)件(jian),隻(zhi)表(biao)現(xian)為(wei)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)的(de)特(te)性(xing),但(dan)在(zai)高(gao)頻(pin)情(qing)況(kuang)下(xia),它(ta)就(jiu)不(bu)僅(jin)僅(jin)是(shi)個(ge)電(dian)容(rong)了(le),它(ta)有(you)一(yi)個(ge)理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)的(de)特(te)性(xing),有(you)漏(lou)電(dian)流(liu)(在高頻等效電路上表現為R),有引線電感,還在導致電壓脈衝波動情況下發熱的ESR(等效串聯電阻),(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,按照常規思路,1/2πfc是(shi)電(dian)容(rong)的(de)容(rong)抗(kang),應(ying)該(gai)是(shi)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao),容(rong)抗(kang)越(yue)小(xiao),濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo)越(yue)好(hao),即(ji)越(yue)高(gao)頻(pin)的(de)雜(za)波(bo)越(yue)容(rong)易(yi)被(bei)泄(xie)放(fang)掉(diao),但(dan)事(shi)實(shi)並(bing)非(fei)如(ru)此(ci),因(yin)為(wei)引(yin)線(xian)電(dian)感(gan)的(de)存(cun)在(zai),一(yi)支(zhi)電(dian)容(rong)僅(jin)僅(jin)在(zai)其(qi)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,為什麼在IC的VCC端都會加兩支電容,一支電解的,一支瓷片的,並且容值一般相差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,既利於對稍高頻的濾波,也利於對較低頻的濾波。

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(wu)論(lun)高(gao)低(di)頻(pin),走(zou)線(xian)電(dian)阻(zu)都(dou)是(shi)客(ke)觀(guan)存(cun)在(zai),但(dan)對(dui)於(yu)走(zou)線(xian)電(dian)感(gan),則(ze)隻(zhi)在(zai)較(jiao)高(gao)頻(pin)時(shi)候(hou)才(cai)可(ke)以(yi)顯(xian)現(xian)得(de)出(chu)來(lai)。另(ling)外(wai)就(jiu)是(shi)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)存(cun)在(zai),但(dan)是(shi),在(zai)導(dao)線(xian)附(fu)近(jin)沒(mei)有(you)導(dao)體(ti)的(de)時(shi)候(hou),這(zhe)個(ge)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)有(you)也(ye)是(shi)白(bai)搭(da),就(jiu)像(xiang)沒(mei)有(you)男(nan)人(ren),女(nv)人(ren)也(ye)不(bu)能(neng)生(sheng)孩(hai)子(zi)一(yi)樣(yang),這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)需(xu)要(yao)兩(liang)個(ge)導(dao)體(ti)才(cai)可(ke)以(yi)發(fa)揮(hui)的(de)作(zuo)用(yong)。
電感和電阻的特性比較簡單,易於理解,就不贅述了。
磁環和磁珠的高頻等效特性
但dan磁ci環huan和he磁ci珠zhu的de高gao頻pin等deng效xiao特te性xing卻que不bu得de不bu提ti一yi下xia,因yin為wei磁ci環huan對dui高gao頻pin脈mai動dong的de吸xi波bo作zuo用yong,與yu電dian感gan的de表biao現xian有you點dian類lei似si,所suo以yi經jing常chang被bei認ren為wei是shi電dian感gan特te性xing,但dan事shi實shi上shang錯cuo了le,磁ci環huan是shi個ge電dian阻zu特te性xing,不bu過guo這zhe個ge電dian阻zu有you點dian特te別bie,它ta的de阻zu值zhi大da小xiao是shi頻pin率lv的de函han數shuR(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的作用而發熱,將波動幹擾經過電能——磁能——熱能的轉化過程,所以在導線上波動比較強烈的時候,磁環摸起來會是溫的。
高頻情況下的EMC設計技術
以上是EMC專業中高頻思維的基礎知識,有了這些,一係列的設計經驗都可以迎刃而解了。比如:
IC 的VCC端(duan)為(wei)何(he)加(jia)裝(zhuang)兩(liang)隻(zhi)電(dian)容(rong),一(yi)隻(zhi)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong),一(yi)隻(zhi)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong),是(shi)因(yin)為(wei)電(dian)容(rong)的(de)高(gao)頻(pin)等(deng)效(xiao)特(te)性(xing),引(yin)線(xian)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)的(de)串(chuan)聯(lian)導(dao)致(zhi)其(qi)綜(zong)合(he)阻(zu)抗(kang)隨(sui)頻(pin)率(lv)而(er)變(bian)化(hua),而(er)在(zai)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,以便於為IC不同頻率範圍的供電需求提供電流。
靜jing電dian工gong作zuo台tai的de接jie地di導dao線xian用yong寬kuan的de銅tong皮pi帶dai和he金jin屬shu絲si網wang蛇she皮pi管guan,而er不bu是shi黃huang綠lv的de圓yuan形xing接jie地di線xian纜lan,圓yuan形xing接jie地di線xian纜lan的de走zou線xian電dian感gan量liang偏pian大da,不bu利li於yu高gao頻pin靜jing電dian電dian荷he的de泄xie放fang。
xianlanhexianlanzhijiandejianjubuyitaijin,fouzehuiyinweidaoxianfenbudianrongdecunzaierdaozhixinhaoxianlanzhijianchuxianchuanrao,dangran,xinhaoxianduidixiandeouhenayouzuihaoshijinyidian,zheyang,xinhaoxianshangdebodongganraokeyifangbiandexiefangdaodixianshangqu。
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