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EMC培訓-電磁兼容設計的精髓

作者:不詳 ; 發布時間:2017-3-15 14:29:41 ; 來源:互聯網  點擊:

電磁兼容的問題常發生于高頻狀態下,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制思維來判斷分析,則會走入設計的誤區。比如:

電容,在中低頻或直流情況下,就是一個儲能元件,只表現為一個電容的特性,但在高頻情況下,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,還在導致電壓脈沖波動情況下發熱的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是電容的容抗,應該是頻率越高,容抗越小,濾波效果越好,即越高頻的雜波越容易被泄放掉,但事實并非如此,因為引線電感的存在,一支電容僅僅在其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,為什么在IC的VCC端都會加兩支電容,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。就是兩支不同的電容的諧振頻率點岔開了一段距離,既利于對稍高頻的濾波,也利于對較低頻的濾波。
 
其次是線纜或PCB布線的高頻等效特性(如圖),無論高低頻,走線電阻都是客觀存在,但對于走線電感,則只在較高頻時候才可以顯現得出來。另外就是還有一個分布電容的存在,但是,在導線附近沒有導體的時候,這個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,這是一個需要兩個導體才可以發揮的作用。

電感和電阻的特性比較簡單,易于理解,就不贅述了。

但磁環和磁珠的高頻等效特性卻不得不提一下,因為磁環對高頻脈動的吸波作用,與電感的表現有點類似,所以經常被認為是電感特性,但事實上錯了,磁環是個電阻特性,不過這個電阻有點特別,它的阻值大小是頻率的函數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,將波動干擾經過電能——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,一系列的設計經驗都可以迎刃而解了。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,是因為電容的高頻等效特性,引線電感和電容的串聯導致其綜合阻抗隨頻率而變化,而在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,以便于為IC不同頻率范圍的供電需求提供電流。


靜電工作臺的接地導線用寬的銅皮帶和金屬絲網蛇皮管,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,否則會因為導線分布電容的存在而導致信號線纜之間出現串擾,當然,信號線對地線的耦合那又最好是近一點,這樣,信號線上的波動干擾可以方便的泄放到地線上去。

… …

寫到這里,讓我不由得想起了庖丁解牛,在普通人眼里,牛就是一堆肉,但在庖丁的眼里,它是一個脈絡清晰的骨架,于是就有了宛若藝術般的解剖過程,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EMC設計將如油畫家,畫出一幅美輪美奐的作品來。

 
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