EMC设计讲座
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徐强华EMC方案设计及优化实战讲座盛大开讲12月10日,徐强华老师EMC方案设计及优化实战讲座(合肥站)盛大开讲。
此次专题讲座,由柠檬豆和柠檬豆U领专家联盟联合主办,由合肥车库咖啡孵化器运营管理有限公司、安徽省宁国市天成电机有限公司、安徽富芯微电子有限公司、江阴市万沅电子科技有限公司、青州隆盛电力科技有限公司友情赞助。
并得到了掌门直播、中国自动化网、新电子网、先进制造业网、工业电器网、我爱方案网、电子工程网、IC交易网、采购之家、智能产品开发外包服务平台、快包等行业媒体的友情协办。
徐强华老师目前担任上海恩宁安全技术(上海)有限公司总工程师、首席技术专家。
专业从事电磁兼容测试设计工作30多年,是电磁兼容行业资深专家。
在EMC实验室建造、监理、验收、运行方面尤其造诣深厚,是目前国内屈指可数的电磁兼容实验室方案设计、评估、实施的专家。
除了徐强华老师实用的内容,此次培训还邀请到了一批明星学员的参与。
美的、TCL、美菱、雪祺、航嘉等公司研发部长/总监/工程师等几十人全都参与其中,可以说汇集了各大企业的精英设计人员。
徐老师凭着自己在行业积累的宝贵经验和实战总结,给在场学员讲解及分析了许多EMC方面的实际操作案例,并同时向研发设计人员提出几点希望:第一,希望学员扩大知识面,提升专业技能;第二,希望学员们共同交流、进步,多注重实际技能的培养。
EMC是目前电子行业门槛相对较高的技术,困扰着很多电子设计研发人员。
徐强华老师以电子产品可靠性设计与分析方法的主题,围绕电子产品可靠性设计、分析、验证测试等领域,结合实际案例进行了深入浅出的讲解。
现场的各大行业设计、研发人员均表示受益匪浅。
同时,为了促进家电行业产品技术交流,现场为优秀企业提供了产品展示区。
通过现场交流,为企业带来更深层次的沟通机会和业务对接机会。
据悉,这次讲座也将会在柠檬豆的微信公众号上进行现场直播,为更多的研发设计人员提供了千载难逢的学习机会。
EMI / EMC设计讲座(二上)PCB上电的来源在PCB中,会产生EMI的原因很多,例如:射频电流、共模准位、接地回路、阻抗不匹配、磁通量……等。
为了掌握EMI,我们需要逐步理解这些原因和它们的影响。
虽然,我们可以直接从电磁理论中,学到造成E MI现象的数学根据,但是,这是一条很辛苦、很漫长的道路。
对一般工程师而言,简单而清楚的描述更是重要。
本文将探讨,在PCB上「电的来源」、Maxwell方程式的应用、磁通量最小化的概念。
电的来源与磁的来源相反,电的来源是以时变的电双极(electric dipole)来建立模型。
这表示有两个分开的、极性相反的、时变的点电荷(point charges)互为相邻。
双极的两端包含着电荷的变化。
此电荷的变化,是因为电流在双极的全部长度内,不断地流动而造成的。
利用振荡器输出讯号去驱动一个没有终端的(unte rminated)天线,此种电路是可以用来代表电的来源。
但是,此电路无法套用低频的电路原理来做解释。
不考虑此电路中的讯号之有限传播速度(这是依据非磁性材料的介电常数而定),反正射频电流会在此电路产生。
这是因为传播速度是有限的,不是无限的。
此假设是:导线在所有点上,都包含相同的电压,并且此电路在任何一点上,瞬间都是均衡的。
这种电的来源所产生的电磁场,是四个变数的函数:1. 回路中的电流振幅:电磁场和在双极中流动的电流量成正比。
2. 双极的极性和测量装置的关系:与磁来源一样,双极的极性必须和测量装置的天线之极性相同。
3. 双极的大小:电磁场和电流元件的长度成正比,不过,其走线长度必须只有波长的部分大。
双极越大,在天线端所测量到的频率就越低。
对特定的大小而言,此天线会在特定的频率下共振。
4. 距离:电场和磁场彼此相关。
两者的强度和距离成正比。
在远场(far field),其行为和回路源(磁的来源)类似,会出现一个电磁平面波。
当靠近「点源(point source)」时,电场和磁场与距离的相依性增加。
目录—EMC理论基础—EMC测试实质—PCB的接地设计—PCB内部EMC设计—EMC去耦分析EMC理论基础—EMC意义上的差模与共模信号EMC 理论基础—寄生电容的估算—电路板后金属外壳与参考金属大平面之间的寄生电容:—一个表面积为S ,对角线长度为D 的矩形浮地产品,其对参考接地平面的寄生电容:DC H S C C C C rinsic plate rinsic plate total ⋅=⋅=+≈0int 0int 4/πεεDC H S C rinsic plate 35/9int =≈寄生电容C 单位为pF ;金属板表面积S 单位为m 2;金属板与参考平面的距离H 单位为m ;等效对角线D 单位为mS=10cm*20cm=0.02m 2;D=0.22m; H=0.8m;C p =0.225pF;C i =7.7pFEMC 理论基础—寄生电容的估算—印制线与参考接地平面之间的寄生电容:HS C p /1.0×=Cp àpF, S àcm 2, H àcm²假设一块厚度为50mil ,过孔的内径为10mil ,焊盘直径为20mil ,焊盘与地铺铜区的距离为32mil ,则C=0.517pF ,L=1.015nH²对于上升时间Tr=1ns 的信号,其阻抗Ω==19.3/rLT L X πEMC理论基础—寄生电容的估算—距参考平面10cm的电缆,其对参考接地平面的寄生电容:C=50pF/m;—对于直径2mm以下的导线,其寄生电容和电感分别为:1pF/inch和1nH/mm;—继电器线圈与触点之间的寄生电容为10pF;—光耦器两端之间的寄生电容约为1~2pF;—小变压器初次级之间的寄生电容约为10pF或几十pF;EMC 理论基础—铜导线的阻抗估算—低频时Z=22L/d 2—高频时Z=1.25 [ln(L/d)+0.64].L .f —选用L/d 小于3的导线作连接,一般认为是低阻抗连接低频阻抗Z àmohm导线长度L àm导线直径d àmm 高频阻抗Z àohm导线长度L àm 导线直径d àm 频率f àMHzEMC测试实质—RE测试—CE测试—ESD测试—EFT/B测试EMC测试实质—RE测试:—RE测试实质:测试EUT(受试设备)中两种等效天线产生的辐射信号EMC测试实质—差模辐射:正常工作电流环路形成的辐射—共模辐射—电流驱动模式:差模电流信号传送回流产生的压降驱动产生的共模电流—电压驱动模式:工作差模电压通过寄生电容直接驱动产生的共模电流—磁耦合驱动模式:工作差模信号回路产生的磁场与电缆及金属外壳或印制板地组成的寄生回路产生此耦合时产生的共模电流EMC测试实质—CE测试—电源端口CE测试实质:流过50 ohm电阻的电流大小EMC测试实质—ESD测试—静电放电发生器的基本原理图—静电电流的波形EMC测试实质—ESD测试—ESD实质:瞬态共模电流和瞬态强磁场H=I/(2πD)U=µ0SdH/dtµ0=4π*10-78KV,S=2cm2,D=0.5m则:H=10A/mU=2.5VEMC测试实质—EFT/B测试—EFT/B发生器的基本原理图—单个脉冲波形EMC测试实质—EFT/B测试—EFT测试实质:共模电流注入,共模电压通过共模电流转化为差模电压PCB的接地设计—接地与浮地—单点接地和多点接地—接地点的选择—浮地产品的EMC设计—PCB之间的互连PCB的接地设计—接地与浮地—接地—“地”:逻辑电压参考点、机壳地、真正的大地。
EMC培训讲座目录EMC (2)一:EMC的概念和含义 (2)二:EMC的主要内容 (2)三:电磁干扰三要素:干扰源,传输途径和敏感体。
(3)四:EMC设计对策: (4)五:PCB布线应遵守的基本原则: (5)实例分享: (9)一:三极管基极电阻放置太远电阻后面变成弱信号,易受干扰。
..9二:大电流回路过长引起强辐射和地平面抬高现象 (9)三:DC-DC的布线注意 (10)EMC一:EMC的概念和含义电磁兼容EMC(electromagnetic compatibility)EMC的两重含义:EMI:(Electromagnetic interference)电磁干扰EMS:(Electromagnetic susceptibility)电磁敏感度1.产生的电磁干扰不应对周围系统造成不能承受的影响和环境污染。
(EMI)2.对外界电磁干扰有足够的防御能力。
(EMS)二:EMC的主要内容RE:(Radiated emission)辐射骚扰CE:(Conducted emission)传导骚扰CS:(Conducted susceptibility)传导骚扰抗扰度RS:(Radiated susceptibility)射频电磁场辐射抗扰度ESD:(Electrostatic discharge)静电放电EFT/B:(Electrical fast transient burst)电快速瞬变脉冲群Surge:浪涌三:电磁干扰三要素:干扰源,传输途径和敏感体。
1、1)干扰源:时钟电路(包括晶振、时钟驱动电路);开关电源;(AC-DC DC-DC)高电平信号、大电流信号、dv/dt、di/dt高信号;继电器;内部互连电缆;2)耦合途径:传播RF能量的各种媒质,例如自由空间、互连电缆(共模耦合);按传播的方式,电磁干扰分成两种类型:传导型干扰与辐射型干扰。
●传导型干扰:简单的说就是通过导线或元器件传输的噪声,这个噪声的频率范围为10KHZ-30MHZ,它既有共模方式,又有差模方式。
【卷首语】EMC设计大讲坛是电磁兼容工程师论坛根据国内EMC发展现状及广大企业与会员的呼声与要求,隆重邀请国内一大批著名的顶级EMC专家,审时度势创办的立足于电磁兼容设计的交流平台,讲坛的活动目的是整合方案、架构、系统、结构、PCB、测试等所有EMC 相关的活动,从整体的高度讲述EMC设计思想和方法,引导广大EMC工程师站在设计的高度,以全局的设计思想,达到设计时一气呵成的最佳效果。
如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?作者:桃花岛主 中国电磁兼容工程师协会坦白地说,这个问题国内有很多的设计规则和经验,再坦白地说,这个问题长久困扰着很多EMC工程师和硬件工程师,因此,大家才对这个话题老生常谈,这其实从侧面可以反映,至少在目前,那些关于数模设计的经验规则对大家没有任何帮助作用。
诚然,任何一位初学者都是从经验规则开始,但是,经验规则所体现出来的僵化、片面及狭隘的特性对一个成功的设计不会有任何作用,照搬规则如同豪赌,赢了是因为你的运气。
EMC设计只有有的放矢,才能设计出成功的产品。
岛主曾经以雨伞来比喻活学活用,"当初可能是用来防雨的,但大家不也用来遮阳吗?”这句话受到很多人的追捧和认可,其实也从侧面说明了大家对此也有切身体会,因此我们才共鸣了。
同样,数模设计也要避免照搬经验和规则,但要彻底讲清这个问题,首先要明白数模干扰的机理,数字对模拟的影响可以分为以下两种情况:(1)串扰。
通过数字与模拟信号线间的分布参数相互影响,不过这个问题至少目前已经不是很突出了,因为大家都知道数字信号要布置在数字区域,模拟信号要布置在模拟区域,空间上都已经做了隔离,因此,风险也减少了;(2)共阻抗耦合。
数字信号与模拟信号共地时,由于地线在高频时存在一定的阻抗,因此数字信号回流流过时将产生一个压降,这就是共模电压源,此时,如果共模电流流经模拟区域,在模拟区域地上产生压降,这个电压如果叠加在模拟信号上,便会影响模拟信号,这就是数模共阻抗干扰的机理。
电磁兼容性(EMC)知识培训研发部 徐勇强一:电磁兼容测试的重要性人类所处的自然环境,不仅仅包括我们自身 容易察觉的空气、水、土地等环境外,还有 我们自身不容易觉察的电磁环境,例如,各 类无线电广播发射台,无绳电通讯等等。
随 着科学技术的快速发展,各类电子产品层出 不穷,从最初的模拟电路,向数字电路,高 速数字电路发展,这使得电子产品本身产生 的电磁干扰对电磁环境的主动性影响与日俱 增。
甚至达到“污染”电磁环境的程度。
近年来,世界各国都非常重视电磁兼容技术,并且把对电气电子产品的电磁兼容性要求纳入国际贸易中的产品技术 法规。
例如,欧盟从96年1月1日起强制 执行89/336/EEC指令,即进入欧共体市 场销售的电气电子产品必须符合EMC要 求,并加贴CE标志。
而像美国就有FCC 认证的要求,即美国联邦通信委员会.我国为适应加入世贸组织的需要,促进我国市 场经济和对外贸易的发展,我们国家在2001年成 立了国家认证认可监督管理委员会,接着又制定 了新的国家强制性产品认证制度,简称为“CCC” 认证,并于2001年12月3日颁布了<第一批实施 强制性产品认证的产品目录>,该目录明确要求对所有在市场上销售的民用电子电器产品国家 强制性要求通过“CCC”认证,这其中就要求通 过EMC测试.二:电磁兼容(EMC)基本名词术语1.电磁兼容性: 电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,简称EMC),在GB/T4365-1996《电磁兼容术 语》中的定义是:设备或系统在其电磁环境 中能正常工作且不对该环境中任何事物构成 不能承受的电磁骚扰的能力。
该定义概括了3 个方面的内容:其一,电磁骚扰的可限制性。
电磁骚扰是普遍存在的,但可以用质量规范 约束,以技术手段限制它的危害性。
这就是 说应当对产品规定其向外发送电磁骚扰强度 的限制值,以保证电磁环境合格。
其二:电磁骚扰的敏感性(EMS),这 就是说产品在规定电磁骚扰强度的电磁 环境下应能正常工作而不应降低其性能 指标。
EMC电磁兼容设计讲座在现代社会中,无线电频率的使用越来越广泛,各种电子设备如手机、电视、电脑等在我们的生活中起到了重要的作用。
然而,由于电子设备之间的互相干扰,会导致设备出错、性能下降等问题。
因此,EMC电磁兼容设计显得十分重要。
一、电磁兼容设计的原则1.提供合适的电磁屏蔽:采用屏蔽方法是减少电磁感应的有效手段,可以将设备内部电磁干扰妥善隔离,避免干扰其他设备。
2.优化电源和地线设计:合理的电源和地线设计可以保证设备的稳定性和电磁兼容性。
3.控制传导干扰:适当设置连接导线和排线的走向,合理规划线束布局,减少传导干扰的影响。
4.控制辐射干扰:通过合理的布线设计、优化PCB板的尺寸和层次结构,减少辐射干扰的程度。
5.使用正确的滤波器和除噪技术:滤波器和除噪技术可以有效地减少设备干扰其他设备的概率。
二、EMC电磁兼容设计的重要性1.保障设备的正常运行:兼容性设计可以减少设备之间相互干扰的概率,从而保障设备的正常运行。
2.提高设备的抗干扰能力:通过电磁兼容设计可以提高设备的抗干扰能力,使设备在复杂环境中依然能够保持正常工作。
3.减少设备的故障率:电磁兼容设计可以减少设备的故障率,提高设备的可靠性和稳定性。
4.提高产品的市场竞争力:通过良好的EMC电磁兼容设计可以提高产品的市场竞争力,赢得消费者的信任。
三、EMC电磁兼容设计的具体要求1.对电源和地线的设计要求:合理设计电源和地线系统,采用低噪声和低电阻线材,减少导线的串扰和互容。
2.对信号线的设计要求:合理设计信号线布局、长度和形状,减少相互干扰;采用合适的屏蔽方法,减少信号线之间的电磁干扰。
3.对机械结构的设计要求:合理设置机械结构,避免共振和机械震动,减少机械结构引起的辐射和传导干扰。
4.对滤波器和除噪技术的要求:适当使用滤波器和除噪技术,减少设备的辐射和传导干扰。
EMC电磁兼容设计对于现代电子设备和系统来说至关重要。
只有合理有效的兼容性设计,才能避免干扰带来的各种问题,保障设备的正常运行和减少故障率,提高产品的市场竞争力。
EMIEMC设计讲座(七)印刷电路板的EMI噪讯对策技巧随着电子组件功能提升,各种电子产品不断朝向高速化方向进展,然而高性能化、多功能化、可携带化的结果,各式各样的EMC(Electro Magnetic Compatibility)咨询题,却成为设计者挥之不去的梦魇。
目前EMI(Electro Magnetic Interference)噪讯计策,大多仰赖设计者长年累积的体会,或是利用仿真分析软件针对框体结构、电子组件,配合国内外要求条件与规范进行分析,换句话讲电子产品到了最后评鉴测试时期,才发觉、计策EMI咨询题,事后反复的检讨、再试作与计策组件的追加,经常变成设计开发时程漫无克制延长,测试费用膨胀的要紧缘故。
EMI要紧发生源之一亦即印刷电路板(Printed Circuit Board,以下简称为PCB)的设计,自古以来一直受到设计者高度重视,专门是PCB Layout时期,若能够将EMI咨询题列入考虑,通常都能够有效事先抑制噪讯的发生,有鉴于此本文要探讨如何在PCB的Layout时期,充分应用改善技巧抑制EMI噪讯的强度。
测试条件如图1所示测试场地为室内3m半电波暗室,预定测试频率范畴为30MHz~1000MHz的电界强度,依此读取峰值点(Peak Point)当作测试数据(图2)。
图3是被测基板A的外观,该基板为影像处理系统用电路主机板,动作频率为27MHz与54MHz,电路基板内建CPU、Sub CPU、FRASH,以及SDRAM×5、影像数据/数字转换处理单元、影像输出入单元,此外被测基板符合「VCCI规范等级B」的要求,测试上使用相同的电源基板(Board)与变压器(Adapter)。
第一针对被测基板A进行下列电路设计变更作业:CPU的频率线(Clock Line)追加设置EMI噪讯计策用滤波器(Filter),与频率产生器(ClockGenerator)( 图4)。
影像输出入单元追加设置Common mode Choke Coil(DLWxxx系列)(图5)各IC电源输入线的Bypass Condenser与电源之间,追加设置Ferrite Beads(图6)。
EMI/EMC设计讲座(一)PCB被动组件的隐藏特性解析技术分类:EDA工具与服务 | 2007-05-21来源:中国PCB技术网 | 作者:于岳传统上,EMC一直被视为「黑色魔术(black magic)」。
其实,EMC是可以藉由数学公式来理解的。
不过,纵使有数学分析方法可以利用,但那些数学方程式对实际的EMC电路设计而言,仍然太过复杂了。
幸运的是,在大多数的实务工作中,工程师并不需要完全理解那些复杂的数学公式和存在于EMC规范中的学理依据,只要藉由简单的数学模型,就能够明白要如何达到EMC的要求。
本文藉由简单的数学公式和电磁理论,来说明在印刷电路板(PCB)上被动组件(passive component)的隐藏行为和特性,这些都是工程师想让所设计的电子产品通过EMC标准时,事先所必须具备的基本知识。
导线和PCB走线导线(wire)、走线(trace)、固定架……等看似不起眼的组件,却经常成为射频能量的最佳发射器(亦即,EMI的来源)。
每一种组件都具有电感,这包含硅芯片的焊线(bond wire)、以及电阻、电容、电感的接脚。
每根导线或走线都包含有隐藏的寄生电容和电感。
这些寄生性组件会影响导线的阻抗大小,而且对频率很敏感。
依据 LC的值(决定自共振频率)和PCB走线的长度,在某组件和PCB走线之间,可以产生自共振(self-resonance),因此,形成一根有效率的辐射天线。
在低频时,导线大致上只具有电阻的特性。
但在高频时,导线就具有电感的特性。
因为变成高频后,会造成阻抗大小的变化,进而改变导线或PCB走线与接地之间的EMC设计,这时必需使用接地面(ground plane)和接地网格(ground grid)。
导线和PCB走线的最主要差别只在于,导线是圆形的,走线是长方形的。
导线或走线的阻抗包含电阻R和感抗XL = 2πfL,在高频时,此阻抗定义为Z = R + j XL j2πfL,没有容抗Xc = 1/2πfC存在。
频率高于100 kHz以上时,感抗大于电阻,此时导线或走线不再是低电阻的连接线,而是电感。
一般而言,在音频以上工作的导线或走线应该视为电感,不能再看成电阻,而且可以是射频天线。
大多数天线的长度是等于某一特定频率的1/4或1/2波长(λ)。
因此在EMC的规范中,不容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作,因为这会使它突然地变成一根高效能的天线。
电感和电容会造成电路的谐振,此现象是不会在它们的规格书中记载的。
例如:假设有一根10公分的走线,R = 57 mΩ,8 nH/cm,所以电感值总共是80 nH。
在100 kHz时,可以得到感抗50 mΩ。
当频率超过100 kHz以上时,此走线将变成电感,它的电阻值可以忽略不计。
因此,此10公分的走线将在频率超过150 MHz时,将形成一根有效率的辐射天线。
因为在150 MHz时,其波长λ= 2公尺,所以λ/20 = 10公分 = 走线的长度;若频率大于150 MHz,其波长λ将变小,其1/4λ或1/2λ值将接近于走线的长度(10公分),于是逐渐形成一根完美的天线。
电阻电阻是在PCB上最常见到的组件。
电阻的材质(碳合成、碳膜、云母、绕线型…等)限制了频率响应的作用和EMC的效果。
绕线型电阻并不适合于高频应用,因为在导线内存在着过多的电感。
碳膜电阻虽然包含有电感,但有时适合于高频应用,因为它的接脚之电感值并不大。
一般人常忽略的是,电阻的封装大小和寄生电容。
寄生电容存在于电阻的两个终端之间,它们在极高频时,会对正常的电路特性造成破坏,尤其是频率达到GHz时。
不过,对大多数的应用电路而言,在电阻接脚之间的寄生电容不会比接脚电感来得重要。
当电阻承受超高电压极限(overvoltage stress)考验时,必须注意电阻的变化。
如果在电阻上发生了「静电释放(ESD)」现象,则会发生有趣的事。
如果电阻是表面黏着(suRFace mount)组件,此电阻很可能会被电弧打穿。
如果电阻具有接脚,ESD会发现此电阻的高电阻(和高电感)路径,并避免进入被此电阻所保护的电路。
其实,真正的保护者是此电阻所隐藏的电感和电容特性。
电容电容一般是应用在电源总线(Power bus),提供去耦合(decouple)、旁路(bypass)、和维持固定的直流电压和电流(bulk)之功能。
真正单纯的电容会维持它的电容值,直到达到自共振频率。
超过此自共振频率,电容特性会变成像电感一样。
这可以由公式:Xc=1/2πfC 来说明,Xc是容抗(单位是Ω)。
例如:10μf的电解电容,在10 kHz时,容抗是1.6Ω;在100 MHz时,降到160μΩ。
因此在100 MHz时,存在着短路(short circuit)效应,这对EMC而言是很理想的。
但是,电解电容的电气参数:等效串联电感(equivalent series inductance;ESL)和等效串联电阻(equivalent series resistance;ESR),将会限制此电容只能在频率1 MHz以下工作。
电容的使用也和接脚电感与体积结构有关,这些因素决定了寄生电感的数目和大小。
寄生电感存在于电容的焊线之间,它们使电容在超过自共振频率以上时,产生和电感一样的行为,电容因此失去了原先设定的功能。
电感电感是用来控制PCB内的EMI。
对电感而言,它的感抗是和频率成正比的。
这可以由公式:XL = 2πfL来说明,XL是感抗(单位是Ω)。
例如:一个理想的10 mH电感,在10 kHz时,感抗是628Ω;在100 MHz时,增加到6.2 MΩ。
因此在100 MHz时,此电感可以视为开路(open circuit)。
在100 MHz时,若让一个讯号通过此电感,将会造成此讯号质量的下降(这是从时域来观察)。
和电容一样,此电感的电气参数(线圈之间的寄生电容)限制了此电感只能在频率1 MHz以下工作。
问题是,在高频时,若不能使用电感,那要使用什么呢?答案是,应该使用「铁粉珠(ferrite bead)」。
铁粉材料是铁镁或铁镍合金,这些材料具有高的导磁系数(permeability),在高频和高阻抗下,电感内线圈之间的电容值会最小。
铁粉珠通常只适用于高频电路,因为在低频时,它们基本上是保有电感的完整特性(包含有电阻和抗性分量),因此会造成线路上的些微损失。
在高频时,它基本上只具有抗性分量(jωL),并且抗性分量会随着频率上升而增加,如附图一所示。
实际上,铁粉珠是射频能量的高频衰减器。
其实,可以将铁粉珠视为一个电阻并联一个电感。
在低频时,电阻被电感「短路」,电流流往电感;在高频时,电感的高感抗迫使电流流向电阻。
本质上,铁粉珠是一种「耗散装置(dissipative device)」,它会将高频能量转换成热能。
因此,在效能上,它只能被当成电阻来解释,而不是电感。
图一:铁粉材料的特性变压器变压器通常存在于电源供应器中,此外,它可以用来对数据讯号、I/O连结、供电接口做绝缘。
根据变压器种类和应用的不同,在一次侧(primary)和二次侧(secondary)线圈之间,可能有屏蔽物(shield)存在。
此屏蔽物连接到一个接地的参考源,是用来防止此两组线圈之间的电容耦合。
变压器也广泛地用来提供共模(common mode;CM)绝缘。
这些装置根据通过其输入端的差模(differential mode;DM)讯号,来将一次侧线圈和二次侧线圈产生磁性连结,以传递能量。
其结果是,通过一次侧线圈的CM电压会被排拒,因此达到共模绝缘的目的。
不过,在制造变压器时,在一次侧和二次侧线圈之间,会有讯号源电容存在。
当电路频率增加时,电容耦合能力也会增强,因此破坏了电路的绝缘效果。
若有足够的寄生电容存在的话,高频的射频能量(来自快速瞬变、ESD、雷击……等)可能会通过变压器,导致在绝缘层另一端的电路,也会接收到此瞬间变化的高电压或高电流。
上面已经针对各种被动组件的隐藏特性做了详尽的说明,底下将解释为何这些隐藏特性会在PCB中造成EMI。
浅谈电磁理论上述的被动组件具有隐藏特性,而且会在PCB中产生射频能量,但为何会如此呢?为了了解其原由,必须明白Maxwell方程式。
Maxwell 的四个方程式说明了电场和磁场之间的关系,而且它们是从Ampere定律、Faraday定律、和Gauss定律推论而来的。
这些方程式描述了在一个闭回路环境中,电磁场强度和电流密度的特性,而且需要使用高等微积分来计算。
因为Maxwell方程式非常的复杂,在此仅做简要的说明。
其实,PCB布线工程师并不需要完全了解Maxwell方程式的详细知识,只要了解其中的重点,就能完成EMC设计。
完整的Maxwell 方程式条列如下:第一定律:电通量(electric flux)(来自Gauss定律)第二定律:磁通量(magnetic flux)(来自Gauss定律)第三定律:电位(electric potential)(来自Faraday定律)第四定律:电流(electric current)(来自Ampere定律)在上述的方程式中,J、E、B、H是向量。
此外,与Maxwell方程式相关的基本物理观念有:●Maxwel l方程式说明了电荷、电流、磁场和电场之间的交互作用。
●可用「Lorentz力」来形容电场和磁场施加在带电粒子上的物理作用力。
●所有物质对其它物质都具有一种组成关系。
这包含:1. 导电率(conductivity):电流与电场的关系(物质的奥姆定律):J=σE。
2. 导磁系数:磁通量和磁场的关系:B=μH。
3. 介电常数(dielectric constant):电荷储存和一个电场的关系:D=εE。
J = 传导电流密度,A/m2σ= 物质的导电率E = 电场强度,V/mD = 电通量密度,coulombs/ m2ε= 真空电容率(permittivity),8.85 pF/mB = 磁通量密度,Weber/ m2或TeslaH = 磁场,A/mμ= 媒材的导磁系数,H/m依据Gauss定律,Maxwell的第一方程式也称作「分离定理(divergence theorem)」。
它可以用来说明由于电荷的累积,所产生的静电场(electrostatic field)E。
这种现象,最好在两个边界之间做观察:导电的和不导电的。
根据Gauss定律,在边界条件下的行为,会产生导电的围笼(也称作 Faraday cage),充当成一个静电的屏蔽。
在一个被Faraday箱包围的封闭区域,其外部四周的电磁波是无法进入此区域的。
若在Faraday箱内有一个电场存在,则在其边界处,此电场所产生的电荷是集中在边界内侧的。
在边界外侧的电荷会被内部电场排拒在外。
Maxwell的第二方程式表示,在自然界没有磁荷(magnetic charge)存在,只有电荷存在,也就是说没有单一磁极(magnetic monopole)存在。