电磁兼容元器件的正确选型和应用

在复杂的电磁环境中，每台电子、电气产品除了本身要能抗住一定的外来电磁干扰正常工作以外，还不能产生对该电磁环境中的其它电子、电气产品所不能承受的电磁干扰。或者说，既要满足有关标准规定的电磁敏感度极限值要求，又要满足其电磁发射极限值要求，这就是电子、电气产品电磁兼容性应当解决的问题，也是电子、电气产品通过电磁兼容性认证的必要条件。很多工程师在进行产品电磁兼容性设计时，对于如何正确选择和使用电磁兼容性元器件，往往束手无策或效果不理想，因此，很有必要对此进行探讨。 对于电磁兼容的相关理论，电子元件技术网通过线上的EMC半月谈、EMC大讲台以及线下电磁兼容研讨会等很多种方式进行了深入探讨。现在我们通过一些图片，直观的系统的回顾电磁兼容的含义、电磁干扰的三要素以及抑制电磁干扰的原理。再根据EMC设计原理和元器件不同的结构特点，主要讲解不同元器件在EMC设计中的选择及应用技巧，对EMC设计具有指导作用。 电磁兼容的定义 电磁干扰的三要素 抑制电磁干扰的原理 EMC主要解决方法预防比屏蔽更加有效 电磁兼容性元器件是解决电磁干扰发射和电磁敏感度问题的关键，正确选择和使用这些元器件是做好电磁兼容性设计的前提。因此，我们必须深入掌握这些元器件，这样才有可能设计出符合标准要求、性能价格比 的电子、电气产品。而每一种电子元件都有它各自的特性，因此，要求在设计时仔细考虑。接下来我们将讨论一些常见的用来减少或抑制电磁兼容性的电子元件和电路设计技术。 元件组 有两种基本的电子元件组：有引脚的和无引脚的元件。有引脚线元件有寄生效果，尤其在高频时。该引脚形成了一个小电感，大约是1nH/mm/引脚。引脚的末端也能产生一个小电容性的效应，大约有4pF。因此，引脚的长度应尽可能的短。与有引脚的元件相比，无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。其典型值为：0.5nH的寄生电感和约0.3pF的终端电容。 从电磁兼容性的观点看，表面贴装元件效果 ，其次是放射状引脚元件， 是轴向平行引脚的元件。

如何应对电路板寄生组件对电路性能的干扰

电路板布线所产生主要寄生组件分别是精密电阻、电容以及电感。从电路图转成实际电路板时，所有寄生组件都有机会干扰电路性能。当一系统混合数字与模拟组件时，仔细布线是电路板成功与否关键。尤其，靠近高阻抗模拟走线经常变化之数字走线将造成严重耦合噪声，只有让这两种走线保持距离方可避免这种现象。本文量化了 棘手电路板寄生组件、电路板电容，并列举可清楚看到电路板上性能例子来说明。 非必要电容带来困扰 两条相邻平行走线会形成布线电容。电容值可用(图一)中所示公式计算。 注:两条走线相邻布置，即可在一块电路板上形成电容。因为此种电容，在一条走在线快速电压变化可在另一条走在线引起电流信号。 当高阻抗模拟走线贴近数字走线时，这种电容可能会在敏感混合讯号电路中造成问题。例如(图二)中电路就可能会面临这类问题。 注:以三个8位数字电位计和三个运算放大器组成之输出电压达6万5536阶之16位数字模拟转换器。如果VDD在这个系统内是5V，这个数字模拟转换器分辨率或LSB大小就是76.3μV。 (图二)电路动作，使用三个８位数字电位计和三个CMOS运算放大器来组成一个16位数字模拟转换器。图二左侧，有两个数位电位计（U3aandU3b）接到VDD与地间，该中心抽头输出端连接至两个运算放大器（U4a与U4b）非反向输入端。使用微控制器U1之SPI接口来规划数字电位计U2与U3。在这个架构中，每个数字电位计被规划为一个8位之多阶数字模拟转换器。如果VDD等于5V，这些数字模拟转换器LSB大小等于19.61mV。 这两个数字电位计之中心抽头端被连接至两个当缓冲器运算放大器之非反向输入端。在这个电路结构中，运算放大器之输入端是高阻抗，将数字电位计与电路其它部份隔离。这两个运算放大器输出之变化振幅被规划在不会超出第二级运算放大器允许范围内。 要让这个电路形成16位数字模拟转换器（U2a），第三个数字电位计会在这两个运算放大器U4a与U4b之输出范围内变动。规划U3a和U3b用来设定数字电位计之输出电压。再者，如果VDD是5V，则有可能将U3a与U3b个别规划为每一步19.61mV变化量。以此电压跨在第三个8位数字电位计R3上，使本电路 有效位所对应电压值为76.3uV。 本电路可被用于两种基本操作模式； 种模式用于可规划调整之直流参考电压，在这个模式中，只是偶尔使用电路之数字部份而在正常操作中却没有；第二种模式用于任意波型产生器，在这个模式中，电路之数字部份是操作核心，且可能发生电容耦合情形。图二中电路 种完成布线如(图三)所示。 注:此为对图二中电路 种布线。在图二中可迅速看到，重要高阻抗模拟走线与数字走线极为接近。本结构在模拟走在线，因特定数位走线之数据输入码改变，产生无预期且随数字电位计规划需求而变化噪声。