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Technologie PCB
Analyse des caractéristiques cachées des dispositifs passifs PCB dans la conception EMI / EMC
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Analyse des caractéristiques cachées des dispositifs passifs PCB dans la conception EMI / EMC

Analyse des caractéristiques cachées des dispositifs passifs PCB dans la conception EMI / EMC

2021-08-21
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Author:IPCB

Traditionally, EMC est considéré comme "magie noire". En fait,, EMC peut être compris par des formules mathématiques. Cependant,, Même si des méthodes d'analyse mathématique sont disponibles, those maCelui - ci.matical equations are still too complicated for actual EMC circuit design. Heureusement..., in most practical work, Les ingénieurs n'ont pas besoin d'une compréhension complète de ces formules mathématiques complexes et des fondements théoriques qui existent dans les spécifications EMC. Il suffit d'utiliser un modèle mathématique simple, they can understand how to meet EMC requirements. .


Dans cet article, des formules mathématiques simples et la théorie électromagnétique sont utilisées pour expliquer le comportement caché et les caractéristiques des composants passifs sur les circuits imprimés (Circuits imprimés). Ces exigences doivent être conçues à l'avance lorsque les ingénieurs veulent que leurs produits électroniques soient conformes aux normes EMC. Les connaissances de base doivent être disponibles.


Fils et Circuits imprimés Suivi


Les composants apparemment discrets, tels que les fils, les traces, les cadres fixes, Attendez.., sont souvent les meilleurs émetteurs d'énergie RF (c. - à - D. les sources EMI). Chaque élément a une inductance qui comprend le fil de liaison de la puce de silicium, ainsi que les broches des résistances, des condensateurs et des inducteurs. Chaque fil ou piste contient des condensateurs et des inducteurs parasites cachés. Ces éléments parasites affectent l'impédance du conducteur et sont très sensibles à la fréquence. En fonction de la valeur de LC (qui détermine la fréquence d'auto - résonance) et de la longueur de la trace de Circuits imprimés, l'auto - résonance (auto - résonance) peut être générée entre l'élément et la trace de Circuits imprimés, formant ainsi une antenne de rayonnement efficace.


À basse fréquence, les conducteurs n'ont généralement que des caractéristiques de résistance. Mais à haute fréquence, le conducteur a une caractéristique d'inductance. Parce qu'il devient haute fréquence, il provoque des changements d'impédance qui modifient la conception EMC entre le fil ou la trace de Circuits imprimés et le sol. À ce stade, vous devez utiliser un plan au sol et une grille au sol.


The main difference between wires and Circuits imprimés Les traces sont des fils ronds et des traces rectangulaires. The impedance of a wire or trace includes resistance R and inductive reactance XL = 2πfL. Haute fréquence, this impedance is defined as Z = R + j XL j2πfL, Pas de réactance capacitive Xc = 1/2πfC. Lorsque la fréquence est supérieure à 100 kHz, the inductance is greater than the resistance. En ce moment, the wire or trace is no longer a low-resistance connecting wire, Mais l'inductance. Generally speaking, Les fils ou pistes qui fonctionnent au - dessus de l'audio doivent être considérés comme des inducteurs., Ne plus être considéré comme une résistance, and can be a radio frequency antenna.


La plupart des antennes ont une longueur égale à 1/4 or 1/2 wavelength (λ) of a certain frequency. Alors..., Dans la spécification EMC, wires or traces are not allowed to work below λ/20 à une certaine fréquence, because this will suddenly turn it into a high-performance antenna. Inductance et Capacitance will cause the resonance of the circuit, Ce phénomène n'est pas enregistré dans ses spécifications.


Par exemple: supposons qu'il y ait une piste de 10 cm, r = 57 m Îcm, 8 ma / CM, alors l'inductance totale est de 80 ma. Une inductance de 206an peut être obtenue à 50 kHz. Lorsque la fréquence dépasse 100 kHz, la piste devient inductive et sa résistance peut être ignorée. Par conséquent, lorsque la fréquence dépasse 150 MHz, cette trajectoire de 10 cm forme une antenne de rayonnement efficace. Parce qu'à 150 MHz, sa longueur d'onde est de 2 mètres, « / 20 = 10 cm = longueur de la piste; Si la fréquence est supérieure à 150 MHz, sa longueur d'onde sera plus petite et sa valeur de 1 / 4 ou 1 / 2 d'Île sera proche de la longueur de la piste (10 cm), formant ainsi progressivement une antenne parfaite.


resistance


Resistor is the most common component found on Circuits imprimés. The material Caractéristiques de la résistance (carbon synthesis, Film de carbone, Mica, winding type... etc.) limits the effect of frequency response and the effect of EMC. Les résistances d'enroulement ne conviennent pas aux applications à haute fréquence parce que l'inductance dans le fil est trop grande. Although carbon film resistors contain inductance, Ils sont parfois adaptés aux applications à haute fréquence parce que leurs broches ont une faible inductance.


What people often overlook is the package size and parasitic Capacitance of the resistor. Parasitic Capacitance Existe entre les deux bornes de la résistance. They can damage the normal circuit characteristics at extremely high frequencies, Surtout si la fréquence atteint GHz. However, Pour la plupart des circuits d'application, the parasitic Capacitance La résistance entre les broches de résistance n'est pas plus importante que l'inductance de la broche.


Lors de l'essai de contrainte de surtension (contrainte de surtension) de la résistance, il faut prêter attention au changement de résistance. Si un phénomène de « Décharge électrostatique (ESD) » se produit sur la résistance, quelque chose d'intéressant se produit. Si la résistance est montée en surface, l'arc peut pénétrer dans la résistance. Si la résistance a des broches, l'ESD localisera la trajectoire de haute résistance (et d'inductance) de la résistance et évitera d'entrer dans le circuit protégé par la résistance. En fait, le vrai protecteur est les caractéristiques d'inductance et de capacité cachées de cette résistance.


Capacitance


Les condensateurs sont généralement utilisés dans les bus d'alimentation pour fournir le découplage, bypass, and maintain a fixed DC voltage and current (bulk) functions. Un condensateur vraiment pur le gardera Capacitance Valeur jusqu'à ce que la fréquence d'auto - résonance soit atteinte. Beyond this self-resonance frequency, the Capacitance characteristics will become like an inductance. Ceci peut être expliqué par la formule: Xc = 1/2πfC, Xc is capacitive reactance (unit is Ω). For example: a 10μf electrolytic capacitor, À 10 kHz, the capacitive reactance is 1.6 ©; À 100 MHz, Descente à 160 μ Î.). Therefore, À 100 MHz, Il y a un effet de court - circuit, which is ideal for EMC. However, the electrical parameters of electrolytic capacitors: equivalent series inductance (ESL) and equivalent series resistance (ESR), Ce condensateur ne peut fonctionner qu'à moins de 1 MHz.


L'utilisation de condensateurs est également liée à l'inductance des broches et à la structure du volume. Ces facteurs déterminent la quantité et la taille de l'inductance parasitaire. Il y a une inductance parasitaire entre les fils de soudage du condensateur. Lorsque les condensateurs dépassent la fréquence d'auto - résonance, ils font que les condensateurs agissent comme des inducteurs. Par conséquent, le condensateur a perdu sa fonction initiale.


inductance


Inductance is used to control EMI in the Circuits imprimés. Inducteur, its inductive reactance is proportional to the frequency. Ceci peut s'expliquer par la formule suivante: XL = 2Ìfl, XL is the inductive reactance (unit is Ω). Exemple: un inducteur idéal de 10 MH, at 10 kHz, L'inductance est de 628 Ω; À 100 MHz, Augmentation à 6.2 mÎ.). Therefore, at 100 MHz, this inductance can be regarded as an open circuit. À 100 MHz, if a signal passes through this inductance, the quality of the signal will decrease (this is observed from the time domain). Comme les condensateurs, the electrical parameters of this inductor (parasitic Capacitance between the coils) limit this inductor to only work at frequencies below 1 MHz.


The question is, Si l'inductance ne peut pas être utilisée à haute fréquence, what should be used? La réponse est:, "ferrite bead" should be used. La poudre de fer est en alliage Fe - Mg ou Fe - ni, these materials have high permeability (permeability), À haute fréquence et à haute impédance, the Capacitance Valeur minimale entre les bobines dans l'inducteur. Les billes de poudre de fer ne sont généralement utilisées que pour les circuits à haute fréquence, Parce qu'à basse fréquence,, they basically retain the complete characteristics of inductance (including resistance and resistance components), Pour qu'ils causent de légères pertes en ligne. Haute fréquence, it basically only has a resistance component (jωL), Et la composante de résistance augmente avec la fréquence, as shown in Figure 1. In fact, iron powder beads are high-frequency attenuators for RF energy.


En fait, une bille de poudre de fer peut être considérée comme une résistance parallèle à un inducteur. À basse fréquence, la résistance est "court - circuitée" par l'inducteur et le courant s'écoule vers l'inducteur; À haute fréquence, l'inductance élevée de l'inducteur force le courant vers la résistance.


Essentiellement, une boule de poudre de fer est un « dissipateur » qui convertit l'énergie à haute fréquence en chaleur. Par conséquent, en termes de performance, il ne peut être interprété que comme une résistance et non comme une inductance.

ATL

Figure: caractéristiques de la poudre de fer


Transformateur


Les transformateurs sont généralement présents dans l'alimentation électrique. Ils peuvent également être utilisés pour isoler les signaux de données, les connexions I / O et les interfaces d'alimentation. Selon le type et l'application du transformateur, il peut y avoir un bouclier entre la bobine primaire et la bobine secondaire. Le bouclier est relié à une source de référence au sol pour empêcher le couplage capacitif entre les deux groupes de bobines.