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Blogue PCB
Analyse des caractéristiques cachées des composants passifs des PCB
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Analyse des caractéristiques cachées des composants passifs des PCB

Analyse des caractéristiques cachées des composants passifs des PCB

2022-07-25
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Author:pcb

DanArt. cet article, des formules mathématiques simples et la théorie électromagnétique sont utilisées pour expliquer le comportement caché et les caractéristiques des composants passifs. PCB board. Ce sont les connaissances de base que les ingénieurs doivent posséder avant de concevoir l'électronique pour passer les normes EMC.. . Traditionnellement,, EMC a toujours été considéré comme la magie noire. En fait,, La compatibilité électromagnétique peut être comprise par des formules mathématiques. Cependant,, Même si vous pouvez utiliser des méthodes d'analyse mathématique, Ces formules mathématiques sont encore trop nombreuses pour la conception réelle des circuits EMC. C'est trop compliqué.. Heureusement., Dans la plupart des travaux pratiques, Les ingénieurs n'ont pas besoin d'une compréhension complète des formules mathématiques complexes et des fondements théoriques qui existent dans les spécifications CEM., - moi.l suffit d'utiliser un modèle mathématique simple, Ils comprennent comment répondre aux exigences en matière de CEM.

PCB board

1. Fils et PCB board Trace

Les composants apparemment discrets, tels que les fils, les traces, les fixations, Attendez.., deviennent souvent des émetteurs d'énergie RF (c. - à - D. EMI). Chaque élément est muni d'un inducteur composé d'un fil de liaison à puce en silicium et de broches pour les résistances, les condensateurs et les inducteurs. Chaque fil ou piste contient des condensateurs et des inducteurs parasites cachés. Ces éléments parasites affectent l'impédance du conducteur et sont sensibles à la fréquence. Selon la valeur de LC (qui détermine la fréquence d'auto - résonance) et la longueur de la piste PCB, l'auto - résonance peut se produire entre l'élément et la piste PCB, ce qui donne lieu à une antenne de rayonnement efficace. À basse fréquence, le fil n'a essentiellement que de la résistance. Mais à haute fréquence, le conducteur a une caractéristique d'inductance. Parce qu'il provoque un changement d'impédance lorsqu'il devient haute fréquence, puis modifie la conception EMC entre la trajectoire du fil ou du PCB et le sol. À ce stade, vous devez utiliser un plan au sol et une grille au sol. La principale différence entre le fil et la trace du PCB est que le fil est circulaire et la trace est rectangulaire. L'impédance du conducteur ou de la voie se compose de la r ésistance R et de l'impédance inductive XL = 2Ìfl, définie à haute fréquence comme Z = r + j XL J2 Ìfl, sans impédance Capacitive Xc = 1 / 2Ìfc. Lorsque la fréquence est supérieure à 100 kHz, la résistance induite est supérieure à la résistance. À ce stade, le fil ou la piste n'est plus un fil de connexion à faible résistance, mais une inductance. En général, les fils ou les trajectoires qui fonctionnent au - dessus de l'audio doivent être considérés comme inductifs, non plus comme des résistances, mais comme des antennes RF. La plupart des antennes ont une longueur d'onde égale à 1 / 4 ou 1 / 2 de la longueur d'onde d'une fréquence donnée. Par conséquent, dans la spécification EMC, les fils ou traces ne sont pas autorisés à fonctionner à l'Île / 20 en dessous d'une certaine fréquence parce qu'ils peuvent soudainement devenir des antennes efficaces. L'inductance et la capacité provoquent la résonance du circuit, qui n'est pas enregistrée dans sa spécification. Exemple: en supposant une trajectoire de 10 Cm, r = 57 m Î), 8 NH / CM, l'inductance totale est de 80 NH. À 100 kHz, on obtient une réactance inductive de 50 m ©. À des fréquences supérieures à 100 kHz, la piste est inductive et sa résistance est négligeable. Par conséquent, cette trajectoire de 10 cm créera une antenne de rayonnement efficace à des fréquences supérieures à 150 MHz. Parce qu'à 150 MHz, sa longueur d'onde est  = 2 mètres, donc  / 20 = 10 cm = longueur de la piste; Si la fréquence est supérieure à 150 MHz, sa longueur d'onde est réduite et sa valeur de 1 / 4 ou 1 / 2 est proche de la longueur de la piste (10 cm), formant ainsi progressivement une antenne parfaite.


2. Résistance

Les résistances sont des composants courants sur les PCB. Les matériaux des résistances (composites de carbone, films de carbone, Mica, enroulements, Attendez..) limitent l'influence de la réponse en fréquence et de l'EMC. Les résistances d'enroulement ne conviennent pas aux applications à haute fréquence parce que l'inductance dans le fil est trop grande. Bien que la résistance au film de carbone contienne de l'inductance, elle est parfois adaptée aux applications à haute fréquence en raison de la faible valeur d'inductance de ses broches. La plupart des gens ignorent souvent la taille de l'emballage et la capacité parasitaire des résistances. Les condensateurs parasites existent entre les deux bornes de la résistance et peuvent détruire les caractéristiques normales du circuit à très haute fréquence, en particulier à des fréquences allant jusqu'à GHz. Cependant, pour la plupart des applications, la capacité parasitaire entre les broches de résistance n'est pas plus importante que l'inductance des broches. Lors de l'essai de résistance à la limite de haute tension, il faut prêter attention au changement de résistance. Si une décharge électrostatique se produit sur la résistance, quelque chose d'intéressant se produit. Si la résistance est un élément monté en surface, elle est susceptible d'être brisée par un arc. Si la résistance a des broches, l'Décharge électrostatique trouve un chemin à haute résistance (et à haute inductance) pour la résistance et empêche l'entrée dans le circuit protégé par la résistance. En fait, le vrai protecteur est les caractéristiques d'inductance et de capacité cachées de la résistance.

3. Condensateur

Les condensateurs sont généralement utilisés dans les bus d'alimentation pour fournir le découplage, le contournement et le maintien d'une tension et d'un courant en courant continu constants. Un condensateur vraiment pur conservera sa capacité jusqu'à ce que la fréquence d'auto - résonance soit atteinte. Au - delà de cette fréquence d'auto - résonance, le condensateur se comporte comme un inducteur. Ceci peut être expliqué par la formule: Xc = 1 / 2 Ìfc, où XC est la réactance capacitive (en Î). Par exemple, pour un condensateur électrolytique de 10 ¼ F, la réactance du condensateur est de 1,6 φ à 10 kHz); À 100 MHz, il descend à 160 μÎ). Par conséquent, l'effet de court - circuit se produit à 100 MHz, ce qui est idéal pour EMC. Cependant, les paramètres électriques du condensateur électrolytique: inductance de série équivalente et résistance de série équivalente limiteront le fonctionnement du condensateur à moins de 1 MHz. L'utilisation de condensateurs est également liée à l'inductance de la broche et à la structure volumique, qui déterminent le nombre et la taille de l'inductance parasitaire. L'inductance parasitaire existe entre les lignes de liaison du condensateur. Lorsque le condensateur dépasse la fréquence d'auto - résonance, l'inductance parasitaire provoque le comportement du condensateur similaire à celui de l'inductance, et le condensateur perd sa fonction originale.

4. Inductance

Les inducteurs sont utilisés pour contrôler les interférences électromagnétiques dans les PCB. Pour les inducteurs, la réactance induite est proportionnelle à la fréquence. Ceci peut être expliqué par la formule suivante: XL = 2Ïνfl, où XL est la réactance induite (en Î). Par exemple, l'inductance idéale de 10 MH, à 10 kHz, est de 628 º); À 100 MHz, il passe à 6,2 mÎ). Par conséquent, à 100 MHz, l'inducteur peut être considéré comme un circuit ouvert. À 100 MHz, le signal passant par cet inducteur provoquera une diminution de la qualité du signal (observée dans le domaine temporel). Comme pour les condensateurs, les paramètres électriques de l'inducteur (capacité parasitaire entre les bobines) limitent la fréquence de fonctionnement de l'inducteur à moins de 1 MHz. La question est, à haute fréquence, si vous ne pouvez pas utiliser un inducteur, que devez - vous utiliser? La réponse est d'utiliser des billes de poudre de fer. Les poudres de fer sont des alliages fer - magnésium ou fer - nickel qui ont une Perméabilité magnétique élevée et, à haute fréquence et à haute impédance, la capacité entre les bobines de l'inducteur sera réduite. Les billes de poudre de fer ne sont généralement utilisées que sur les circuits à haute fréquence, car à basse fréquence, elles conservent essentiellement les caractéristiques complètes de l'inductance (y compris les composants de résistance et de puissance réactive), ce qui entraîne une certaine perte en ligne. À haute fréquence, il n'y a qu'une seule composante de résistance (j‰ l) et la composante de résistance augmente avec la fréquence. En fait, les microsphères de poudre de fer sont des atténuateurs à haute fréquence de l'énergie RF. En fait, la boule de poudre de fer peut être considérée comme une résistance parallèle à l'inducteur. À basse fréquence, la résistance est détectée (court - circuit) et le courant s'écoule vers l'inducteur; À haute fréquence, la haute induction de l'inducteur force le courant à travers la résistance. Essentiellement, une boule de fer est un dispositif dissipatif qui convertit l'énergie à haute fréquence en chaleur. Par conséquent, en termes d'efficacité, elle ne peut être interprétée que comme une résistance et non comme une inductance.


5. Transformateur

Les transformateurs sont généralement présents dans l'alimentation électrique. Ils peuvent également être utilisés pour isoler les signaux de données, les connexions d'entrée / sortie et les interfaces d'alimentation. Selon le type de transformateur et l'application, il peut y avoir un blindage entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire. Le bouclier est relié à une référence de mise à la terre pour empêcher le couplage capacitif entre deux groupes de bobines. Les transformateurs sont également largement utilisés pour fournir une isolation en mode commun. Ces dispositifs transmettent de l'énergie par des connexions magnétiques latérales et des bobines secondaires basées sur des signaux en mode différentiel qui sont entrés par eux. Par conséquent, la tension en mode commun à travers la bobine latérale sera rejetée pour atteindre l'objectif d'isolation en mode commun. Cependant, pendant la fabrication du transformateur, il y a une capacité de source de signal entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire. Lorsque la fréquence du circuit augmente, la capacité de couplage capacitif augmente, ce qui détruit l'effet d'isolation du circuit. S'il existe une capacité parasitaire suffisante, l'énergie RF à haute fréquence (provenant de transitoires rapides, de décharges électrostatiques, de foudre, Attendez..) peut passer par le transformateur, ce qui fait que le circuit de l'autre côté de l'isolation reçoit également cette haute tension instantanée ou ce courant élevé. Les caractéristiques cachées des différents composants passifs sont expliquées en détail ci - dessus, et les raisons pour lesquelles ces caractéristiques cachées peuvent causer des interférences électromagnétiques dans les PCB sont expliquées ci - dessous.

6. Discussion sur la théorie électromagnétique

Toutes les substances sont liées à d'autres substances. Il s'agit notamment:

Conductivité: relation entre le courant et le champ électrique (loi ohmique de la matière): j = Ïe.

Perméabilité: relation entre le flux magnétique et le champ magnétique: B = ¼ H.

Constante diélectrique: relation entre le stockage de la charge et le champ électrique: D = ÎÉ.

J = densité du courant conducteur, A / m2

Ω = conductivité électrique de la substance

E = intensité du champ électrique, V / M

D = densité de flux, Coulomb / m2

ε = constante diélectrique sous vide, 8,85 PF / M

B = densité de flux, Weber / m2 ou Tesla

H = champ magnétique, A / M

¼ = perméabilité du milieu, H / M

Selon la loi de Gauss, L'équation de Maxwell est également appelée Théorème de séparation. Il peut être utilisé pour expliquer le champ électrostatique e généré par l'accumulation de charge. Ce phénomène est observé entre deux limites: conductrice et non conductrice. Selon la loi de Gauss, behavior under boundary conditions produces a conductive cage (also called a Faraday cage) that acts as an electrostatic shield. Dans une zone fermée entourée d'une boîte Faraday, Les ondes électromagnétiques de l'extérieur de la zone environnante ne peuvent pas entrer dans la zone. S'il y a un champ électrique dans la boîte de Faraday, Aux limites, La charge générée par ce champ électrique est concentrée à l'intérieur de la limite. La charge à l'extérieur de la limite est rejetée par le champ électrique interne sur elle PCB board.