EMI/EMC设计PCB被动组件的隐藏行为和特性解析
数目和大校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6.2MΩ。因此在100 MHz时,此电感可以视为开路(open circuit)。在100MHz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: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。
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