電磁兼容性(EMC)設計的高頻思維,如何克服?
發布時間:2015-07-09 責任編輯:sherry
【導讀】許多資深工程師,常常走著基礎而又錯誤的設計之路。這就是電磁兼容性(EMC)設計的高頻思維。對電子工程師來說,把電子器件都當成一個高頻等效的組合電路才可設計出完美的EMC。
電磁兼容性(EMC)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,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,在中低頻或直流情況下,就是一個儲能組件,隻表現為一個電容的特性;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),(如下圖示)。

圖一:電磁兼容性(EMC)_電容的高頻等效電路圖
從上圖看出,設計師在電磁兼容性(EMC)設計時能起到很大的幫助。
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qi1/2πfc=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。

圖二:電磁兼容性(EMC)_導線的高頻等效電路圖
線纜或PCB布線的高頻等效特性(如上圖示),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),必(bi)須(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(dian)感(gan)和(he)電(dian)阻(zu)的(de)特(te)性(xing)比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)理(li)解(jie),就(jiu)不(bu)作(zuo)說(shuo)明(ming)了(le)。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。
以上是電磁兼容性(EMC)專業中高頻思維的基礎知識,了解電磁兼容性(EMC)方麵的知識後,很多的設計問題都知其答案了。比如:
1、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zaiWL= (1/WC)的頻率點上,是其阻抗最小的點(如下圖示)。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。

圖三:電磁兼容性(EMC)_IC退耦電容的阻抗-頻率特性圖
2、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)。
3、xianlanhexianlanzhijiandejianjubuyitaijin,fouzehuiyinweidaoxianfenbudianrongdecunzaierdaozhixinhaoxianlanzhijianchuxianchuanrao,dangran,xinhaoxianduidixiandeouhenayouzuihaoshijinyidian,zheyang,xinhaoxianshangdebodongganraokeyifangbiandexiefangdaodixianshangqu。
對電子工程師來說,把電子器件都當成一個高頻等效的組合電路,則電磁兼容性(EMC)設計將會更加完美。
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