高頻狀態下電磁兼容設計精髓總結,讓你少走彎路
發布時間:2014-11-06 責任編輯:sherryyu
【導讀】千萬不要誤以為本人已淪為標題黨,靠著“精髓”二字賺取眼球。乃是真的發現諸多資深工程師,亦常常走著基礎而又錯誤的設計之路。這就是電磁兼容設計的高頻思維。
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(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,1/2πfcshidianrongderongkang,yinggaishipinlvyuegao,rongkangyuexiao,lvboxiaoguoyuehao,jiyuegaopindezaboyuerongyibeixiefangdiao,danshishibingfeiruci,yinweiyinxiandiangandecunzai,yizhidianrongjinjinzaiqi1/2πfc=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。

其次是線纜或PCB布線的高頻等效特性(如圖),wulungaodipin,zouxiandianzudoushikeguancunzai,danduiyuzouxiandiangan,zezhizaijiaogaopinshihoucaikeyixianxiandechulai。lingwaijiushihaiyouyigefenbudianrongdecunzai,danshi,zaidaoxianfujinmeiyoudaotideshihou,zhegefenbudianrongyouyeshibaida,jiuxiangmeiyounanren,nvrenyebunengshenghaiziyiyang,zheshiyigexuyaolianggedaoticaikeyifahuidezuoyong。
電感和電阻的特性比較簡單,易於理解,就不贅述了。
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(shu)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。
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VCCduanweihejiazhuangliangzhidianrong,yizhidianjiedianrong,yizhicipiandianrong,shiyinweidianrongdegaopindengxiaotexing,yinxiandianganhedianrongdechuanliandaozhiqizonghezukangsuipinlverbianhua,erzaiWL= (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)。
線(xian)纜(lan)和(he)線(xian)纜(lan)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)距(ju)不(bu)宜(yi)太(tai)近(jin),否(fou)則(ze)會(hui)因(yin)為(wei)導(dao)線(xian)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)存(cun)在(zai)而(er)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)線(xian)纜(lan)之(zhi)間(jian)出(chu)現(xian)串(chuan)擾(rao),當(dang)然(ran),信(xin)號(hao)線(xian)對(dui)地(di)線(xian)的(de)耦(ou)合(he)那(na)又(you)最(zui)好(hao)是(shi)近(jin)一(yi)點(dian),這(zhe)樣(yang),信(xin)號(hao)線(xian)上(shang)的(de)波(bo)動(dong)幹(gan)擾(rao)可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)的(de)泄(xie)放(fang)到(dao)地(di)線(xian)上(shang)去(qu)。
到(dao)這(zhe)裏(li),不(bu)由(you)得(de)想(xiang)起(qi)了(le)庖(pao)丁(ding)解(jie)牛(niu),在(zai)普(pu)通(tong)人(ren)眼(yan)裏(li),牛(niu)就(jiu)是(shi)一(yi)堆(dui)肉(rou),但(dan)在(zai)庖(pao)丁(ding)的(de)眼(yan)裏(li),它(ta)是(shi)一(yi)個(ge)脈(mai)絡(luo)清(qing)晰(xi)的(de)骨(gu)架(jia),於(yu)是(shi)就(jiu)有(you)了(le)宛(wan)若(ruo)藝(yi)術(shu)般(ban)的(de)解(jie)剖(pou)過(guo)程(cheng),對(dui)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)來(lai)說(shuo),把(ba)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)都(dou)當(dang)成(cheng)一(yi)個(ge)高(gao)頻(pin)等(deng)效(xiao)的(de)組(zu)合(he)電(dian)路(lu),則(ze)EMC的設計將如油畫家,畫出一幅美輪美奐的作品來。
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