电磁兼容的PCB设计(二)

无源器件的隐含特性

关于EMC

其实在很多人看来,EMC真的很迷。不知道别人怎么感觉,我自己来说的话,刚刚知道EMC是啥的时候,一脸懵逼,原来做个PCB并不是只要把线连好了就行,还要考虑这个和这个得关系影响,这个和那个的关系影响,那个和那个的关系影响,真心复杂。当然啦,马克思告诉我们,要用科学的眼光看待问题,这是对的,EMC是复杂,以毒攻毒,它再复杂,也是可以使用数学概念来解释这些的问题(说到这自行把高数好好复习一遍)。

模型的引入

其实运用数学来解释某个东西的存在或者概念的时候,就是对这个东西进行数学建模,它就是一个数学模型。回归到起点,不符合EMC的主要原因,还是在于出现了EMI,引起EMI的变量有很多种,基本的EMI是由于无源器件的接收或者耦合的结果。
在这里插入图片描述
如图,这是网上随意找的EMI传导图,其实不管是什么原因,最终还是因为电信号受到了干扰,导致的EMI的产生,最后出现EMC问题。上图的波形虽然很乱,但是始终是一个f(t)的一条函数,不管这个f(t)怎么样,它始终受t的影响。那再深入点,f(t)中,可能是包含了R(t)、L(t)、C(t)等等的函数,有点抽象,其实就是一个复合函数(是稍微复杂了点)。看出了什么名堂了吗?其实就是R、C、L的函数关系。其实如果自己经常做PCB的话应该可以知道,EMC问题,多数出现在高频情况下,而如果学过信号系统、高频通讯等课程的话,不难发现,信号频率越高,出现的问题越多。为啥呢?
在高频下,有以下等效:

  • 1、阻抗等效于电阻与引脚电感串联后再与跨接在引脚间的电容相并联构成的电路的阻抗。
  • 2、电容器等效于电感和电阻串联后串接在电容的两侧形成的电路。
  • 3、电感等效于一个电容跨接在电感上同时在引脚两端又串接了电阻。

    其实还有很多,比如电压器、导线等,它们在低频的时候,和高频的时候,出现的特性是不一样的,得到的谱振波长也不一样。

无法忽略的空气

平常,我们眼中可能也只会看到,一根导线连接了两个器件,期间可能中间会串联、并联一个或多个电阻,串联、并联一个或多个电容,串联电感等等。连接的可能不止是器件与器件之间,可能是器件与与结构之间?反正情况很多,但是空气往往会被我们所忽略。

  • 电容器往往可以抽象的看成是由绝缘材分隔的两个平行极板,这应该是是初中高中的知识。
  • 电阻器和电感的绝缘材料通常就是空气,终端部位总存留有电荷(这样自行想象一下,是不是又跟电容很想?)
    事实上,RF电磁波通常就是经自由空间或空气传播的,但是人们通常忽略了空气也是绝缘材料的事实。

回归到实际来看

1)在高频上,“电容器不仅仅是电容”。这话是怎么理解?由上面所描述的等效来看,电容,在低频下,确实只表现出电容的特性,但是在高频下,我们则需要从频域上看,电容不仅仅表现出电容的特性,还出现了电感、电阻的特性。这样电容器也可以说成是一个电阻器或者电感器,功能上,电容器的功能发生了改变,与低频下的特性不相符合。

2)同样的,也会有“电感器不仅仅是电感”。
3)“电阻器不仅仅是电阻”。

成为优秀的设计师

对于一个优秀的设计师来说,必须清楚无源器件的工作限值。除了按市场标准设计产品之外,采用一定的设计技术处理这些隐蔽的特性是必要的工作。
如果设计者,在设计过程中,对无源器件的看待只有低频响应,而直接忽略了高频下无源器件的高频特性,则很容易出现明显的功能问题,包括EMC没有达标,或者EMI超标等问题。很多时候,单纯看图纸是不能发现问题来源的,还需要回归到器件的使用、PCB的走线等,才能找到问题来源,也只有熟悉相关的特性规律,才能很好地解决问题。

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