Chính xác sản xuất PCB, PCB tần số cao, PCB cao tốc, PCB chuẩn, PCB đa lớp và PCB.
Nhà máy dịch vụ tùy chỉnh PCB & PCBA đáng tin cậy nhất.
Bài viết này sử dụng các công thức toán học đơn giản và lý thuyết điện từ để giải thích hành vi ẩn và đặc điểm của các thành phần thụ động trên bảng PCB. Đây là kiến thức cơ bản mà các kỹ sư phải có trước khi thiết kế các sản phẩm điện tử để vượt qua tiêu chuẩn EMC. . Theo truyền thống, EMC được coi là ma thuật đen. Trên thực tế, EMC có thể được hiểu bằng các công thức toán học. Tuy nhiên, ngay cả khi các phương pháp phân tích toán học có thể được sử dụng, các công thức toán học đó vẫn quá nhiều cho thiết kế mạch EMC thực tế. Quá phức tạp. May mắn thay, trong hầu hết các công việc thực tế, các kỹ sư không cần phải hiểu đầy đủ các công thức toán học phức tạp và cơ sở lý thuyết tồn tại trong thông số kỹ thuật EMC, miễn là các mô hình toán học đơn giản được sử dụng, họ có thể hiểu làm thế nào để đáp ứng các yêu cầu EMC.
1. Dây và dấu vết bảng PCB
Các thành phần dường như không nổi bật như dây, dấu vết, đồ cố định, v.v., thường trở thành máy phát năng lượng RF (tức là EMI). Mỗi thành phần có một cảm ứng, bao gồm các dây liên kết của chip silicon, và các chân của các điện trở, tụ điện và cảm ứng. Mỗi dây hoặc dấu vết chứa điện dung ký sinh trùng ẩn và cảm ứng. Những thành phần ký sinh trùng này ảnh hưởng đến trở kháng của dây và nhạy cảm với tần số. Tùy thuộc vào giá trị của LC (xác định tần số tự cộng hưởng) và chiều dài của dấu vết PCB, tự cộng hưởng có thể xảy ra giữa một thành phần và dấu vết PCB, do đó tạo thành một ăng ten bức xạ hiệu quả. Ở tần số thấp, dây chỉ kháng. Nhưng ở tần số cao, dây có đặc điểm cảm ứng. Bởi vì sau khi trở thành tần số cao, nó sẽ gây ra sự thay đổi trở kháng, và sau đó thay đổi thiết kế EMC giữa dây hoặc dấu vết bảng PCB và mặt đất. Tại thời điểm này, phẳng mặt đất và lưới mặt đất phải được sử dụng. Sự khác biệt chính giữa dây và dấu vết bảng PCB là dây là tròn và dấu vết là hình chữ nhật. Kháng trở của một dây hoặc dấu vết bao gồm kháng R và phản ứng cảm ứng XL = 2Ï-fL, ở tần số cao kháng trở này được xác định là Z = R + j XL j2Ï-fL, và không có phản ứng điện dung Xc = 1/2Ï-fC tồn tại. Khi tần số cao hơn 100 kHz, phản ứng cảm ứng lớn hơn kháng. Tại thời điểm này, dây hoặc dấu vết không còn là một dây kết nối điện trở thấp, mà là một điện cảm. Nói chung, dây hoặc dấu vết hoạt động trên âm thanh nên được coi là cảm ứng và không còn có thể được coi là kháng, và có thể là ăng ten RF. Chiều dài của hầu hết các ăng-ten bằng 1/4 hoặc 1/2 bước sóng (Î") của một tần số cụ thể. Do đó, trong các thông số kỹ thuật EMC, dây hoặc dấu vết không được phép hoạt động dưới Î ¢ / 20 của một tần số nhất định, bởi vì điều này sẽ đột nhiên biến nó thành một ăng ten hiệu quả cao. Sự cảm ứng và công suất gây cộng hưởng mạch, không được ghi lại trong thông số kỹ thuật của chúng. Ví dụ: Giả sử một dấu vết 10 cm, R = 57 mΩ, 8 NH / cm, vì vậy tổng điện cảm là 80 NH. Tại 100 kHz, có được một phản ứng cảm ứng 50 mΩ. Ở tần số trên 100 kHz, dấu vết này trở thành cảm ứng và giá trị kháng của nó là không đáng kể. Do đó, dấu vết 10 cm này sẽ tạo thành một ăng ten bức xạ hiệu quả ở tần số trên 150 MHz. Bởi vì ở 150 MHz, bước sóng của nó λ = 2 mét, vì vậy λ / 20 = 10 cm = chiều dài của dấu vết; Nếu tần số lớn hơn 150 MHz, bước sóng Î
2. Kháng kháng
Các điện trở là các thành phần phổ biến được tìm thấy trên bảng PCB. Vật liệu của điện trở (tổng hợp carbon, phim carbon, mica, dây ... v.v.) hạn chế tác dụng của phản ứng tần số và tác dụng của EMC. Các điện trở dây không phù hợp cho các ứng dụng tần số cao bởi vì có quá nhiều điện cảm trong dây. Mặc dù điện trở phim carbon chứa điện cảm, đôi khi nó phù hợp cho các ứng dụng tần số cao bởi vì giá trị điện cảm của chân của nó không lớn. Điều mà hầu hết mọi người thường bỏ qua là kích thước gói và công suất ký sinh trùng của điện trở. Dụ ký sinh trùng tồn tại giữa hai đầu cuối của một điện trở, và chúng có thể làm gián đoạn các đặc điểm mạch bình thường ở tần số rất cao, đặc biệt là lên đến GHz. Tuy nhiên, đối với hầu hết các mạch ứng dụng, điện dung ký sinh trùng giữa các chân kháng sẽ không quan trọng hơn điện cảm chân. Khi điện trở được kiểm tra giới hạn điện áp siêu cao, phải chú ý đến sự thay đổi của điện trở. Những điều thú vị có thể xảy ra nếu xảy ra xả điện tĩnh trên một điện trở. Nếu điện trở là một thành phần gắn trên bề mặt, điện trở có khả năng bị đâm qua cung. Nếu điện trở có chân, ESD tìm thấy một đường dẫn kháng cao (và cảm ứng cao) cho điện trở và tránh nhập vào mạch được bảo vệ bởi điện trở. Trên thực tế, bộ bảo vệ thực sự là đặc điểm cảm ứng và điện dung ẩn của điện trở này.
3. Tụ điện
Tụ điện thường được áp dụng cho bus điện để cung cấp tách nối, bỏ qua và duy trì điện áp và dòng điện DC ổn định. Một tụ điện thực sự tinh khiết sẽ duy trì giá trị công suất của nó cho đến khi tần số tự cộng hưởng được đạt được. Ngoài tần số tự cộng hưởng này, hành vi điện dung trở thành như một cảm ứng. Điều này có thể được minh họa bằng công thức: Xc = 1/2Ï ̧fC, nơi Xc là phản ứng điện dung (trong Ω). Ví dụ: đối với một tụ điện giải 10μf, ở 10 kHz, khả năng phản ứng điện dung là 1,6Ω; ở 100 MHz, nó giảm xuống 160μΩ. Vì vậy, ở 100 MHz, có hiệu ứng ngắn mạch, lý tưởng cho EMC. Tuy nhiên, các thông số điện của tụ điện phân: khả năng cảm ứng loạt tương đương và kháng loạt tương đương, sẽ hạn chế tụ điện này chỉ hoạt động dưới 1 MHz. Việc sử dụng tụ điện cũng liên quan đến điện cảm pin và cấu trúc khối lượng, xác định số lượng và kích thước của điện cảm ký sinh trùng. Sự cảm ứng ký sinh trùng tồn tại giữa các dây liên kết của tụ điện, và chúng làm cho tụ điện hành vi giống như tụ điện khi nó vượt quá tần số tự cộng hưởng, và tụ điện mất chức năng ban đầu của nó.
4. Sự cảm ứng
Các bộ cảm ứng được sử dụng để kiểm soát EMI trong PCB. Đối với một bộ cảm ứng, khả năng phản ứng cảm ứng của nó tỷ lệ với tần số. Điều này có thể được minh họa bằng công thức: XL = 2Ï ̧fL, nơi XL là khả năng phản ứng cảm ứng (trong Ω). Ví dụ: một bộ cảm ứng 10 mH lý tưởng, ở 10 kHz, điện cảm là 628Ω; ở 100 MHz, nó tăng lên 6,2 MΩ. Vì vậy, ở 100 MHz, cảm ứng này có thể được coi là một mạch mở. Tại 100 MHz, việc truyền tín hiệu qua bộ cảm ứng này sẽ khiến chất lượng tín hiệu suy giảm (điều này được quan sát trong lĩnh vực thời gian). Giống như tụ điện, các thông số điện của bộ cảm ứng này (điện dung ký sinh trùng giữa cuộn dây) giới hạn hoạt động của bộ cảm ứng này ở tần số dưới 1 MHz. Câu hỏi là, ở tần số cao, nếu bạn không thể sử dụng cảm ứng, bạn nên sử dụng gì? Câu trả lời là nên sử dụng hạt bột sắt. Vật liệu bột sắt là hợp kim sắt-magiê hoặc sắt-niken, các vật liệu này có độ thấm từ cao, và ở tần số cao và trở kháng cao, giá trị công suất giữa các cuộn dây trong bộ cảm ứng sẽ giảm. Hạt bột sắt thường chỉ thích hợp cho các mạch tần số cao, bởi vì, ở tần số thấp, về cơ bản chúng giữ lại các đặc điểm hoàn chỉnh của điện cảm (bao gồm các thành phần kháng và phản ứng), vì vậy chúng sẽ gây ra một số tổn thất trên dây chuyền. Ở tần số cao, về cơ bản nó chỉ có một thành phần kháng (jÏL), và thành phần kháng tăng theo tần số. Trên thực tế, hạt bột sắt là bộ giảm tần số cao cho năng lượng RF. Trên thực tế, quả bóng bột sắt có thể được coi là một điện trở kết nối song song với một cảm ứng. Ở tần số thấp, điện trở được cảm ứng (ngắn) và dòng chảy đến bộ cảm ứng; ở tần số cao, phản ứng cảm ứng cao của bộ cảm ứng lực dòng chảy qua điện trở. Về cơ bản, hạt sắt là một thiết bị tiêu tan chuyển đổi năng lượng tần số cao thành nhiệt. Do đó, về hiệu quả, nó chỉ có thể được giải thích như một kháng, không phải là một cảm ứng.
5. Máy biến áp
Máy biến áp thường được tìm thấy trong nguồn cung cấp điện. Ngoài ra, chúng có thể được sử dụng để cách điện tín hiệu dữ liệu, kết nối I / O và giao diện điện. Tùy thuộc vào loại biến áp và ứng dụng, có thể có sự che chắn giữa các cuộn dây chính và thứ cấp. Kiên chắn được kết nối với một tham chiếu mặt đất và được sử dụng để ngăn chặn nối điện dung giữa hai bộ cuộn dây. Máy biến áp cũng được sử dụng rộng rãi để cung cấp cách nhiệt chế độ chung. Các thiết bị này truyền năng lượng bằng cách liên kết từ tính các cuộn dây bên và thứ cấp dựa trên các tín hiệu chế độ khác biệt đi qua đầu vào của chúng. Kết quả là, điện áp CM đi qua cuộn dây bên sẽ bị từ chối, do đó đạt được mục đích cách nhiệt chế độ chung. Tuy nhiên, trong sản xuất biến áp, có một công suất nguồn tín hiệu giữa cuộn dây chính và thứ cấp. Khi tần số của mạch tăng, khả năng nối điện dung cũng tăng, do đó phá hủy hiệu ứng cách điện của mạch. Nếu công suất ký sinh trùng đủ tồn tại, năng lượng RF tần số cao (từ các chuyển động nhanh, ESD, sét, v.v.) có thể đi qua biến áp, khiến mạch ở phía bên kia của cách điện cũng nhận được điện áp cao hoặc dòng điện cao tức thời này. Các đặc điểm ẩn của các thành phần thụ động khác nhau đã được giải thích chi tiết ở trên, và sau đây sẽ giải thích tại sao các đặc điểm ẩn này có thể gây ra EMI trong bảng PCB.
6. Nói về lý thuyết điện từ
Tất cả các chất đều có mối quan hệ thành phần với các chất khác. Điều này chứa:
1) Tính dẫn: Mối quan hệ giữa trường điện và trường điện (định luật vật chất của Ohm): J = Î ̈E.
2) Hệ số thấm: mối quan hệ giữa dòng chảy từ và từ trường: B = μH.
3) Hằng số điện điện: mối quan hệ giữa lưu trữ sạc và trường điện: D = εE.
J = mật độ dòng dẫn, A / m2
Độ dẫn của chất
E = sức mạnh trường điện, V/m
D = mật độ dòng chảy điện, coulombs/m2
ε = độ cho phép chân không, 8,85 pF / m
B = Mật độ dòng chảy từ, Weber / m2 hoặc Tesla
H = từ trường, A/m
μ = độ thấm của môi trường, H / m
Theo định luật của Gauss, phương trình của Maxwell còn được gọi là định lý tách. Nó có thể được sử dụng để tính cho trường tĩnh điện E được tạo ra do tích lũy điện tích. Hiện tượng này được quan sát giữa hai ranh giới: dẫn điện và không dẫn điện. Theo định luật của Gauss, hành vi trong điều kiện biên giới tạo ra một lồng dẫn điện (còn được gọi là lồng Faraday) hoạt động như một lá chắn tĩnh điện. Trong một khu vực bị bao quanh bởi một hộp Faraday, sóng điện từ từ bên ngoài xung quanh nó không thể vào khu vực này. Nếu có một trường điện trong hộp Faraday, ở ranh giới của nó, điện tích tạo ra bởi trường điện này được tập trung bên trong ranh giới. Sạc bên ngoài biên giới bị từ chối bởi trường điện bên trong trên bảng PCB.
