朱文立 2- 电路板级 电磁兼容设计.ppt

电路板级电磁兼容设计 中国赛宝实验室 安全与电磁兼容检测中心电磁兼容室：朱文立 TEL:020 FAX:020E-Mail: zwl@ 《电路板级电磁兼容设计》 关键元器件的选择 1 ．关键元器件的选择 在大多数情况下，电路的基本元件满足EMC的程度将决定着功能单元和最后的设备满EMC的程度。 实际的元件并不是“理想”的，本身可能就是一个干扰源或敏感设备。 选择合适的电子元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术： 因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。 有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。 而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应和不同电路元件之间互相耦合的程度。 无源器件的选用 1.1 无源器件的选用 所有的无源器件都包含寄生电阻，电容和电感。 在电磁兼容问题容易发生的高频段，这些寄生参数经常占主导地位，并使器件功能彻底发生变化。 例如，在高频电路中，碳膜电阻或者变成电容（由于旁路电容C），或者变成电感（由于引线自感和螺线）； 线绕电阻在几千赫兹以上因其绕线电感的存在是不适合使用的； 电容由于其内部结构和其外引线自感的影响会发生谐振，超过第一个谐振频率点后，就呈现显著的感抗。 有两类基本的电子元件：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。引脚的末端也能产生一个小电容性的效应。因此，引脚的长度应尽可能的短。 无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。 从电磁兼容性看，表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。 表面贴片元件比其它元件寄生参数小得多，而且能在直到很高的频率提供令人满意的参数。比如，贴片电阻（1kΩ以下）在1GHz时仍保持电阻性。 1.1.1 电阻器的选用： 表面贴装电阻总是优于有引脚电阻。 对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕电阻。 由于在相对低的工作频率下（约MHz数量级），金属膜电阻是主要的辅助元件，因其适合于高准确度电路。 线绕电阻有很强的电感特性，不适合使用在50kHz以上频率的电路中，在对频率敏感的应用中也不能用它。 在放大器的设计中，增益控制电阻的位置应该尽可能的靠近放大器电路以减少电路板的电感。 在上拉/下拉电阻的电路中，所有的偏置电阻必须尽可能靠近有源器件及它的电源和地。 在稳压（整流）或参考电路中，直流偏置电阻应尽可能地靠近有源器件以减轻去耦效应。 在RC滤波网络中，最好使用无感电阻器和贴片电阻器，以获得较好的高频特性。 压敏电阻器通常用在电源电路和与室外连接的控制和通讯接口电路，它能取到很好的防雷击浪涌效果。 1.1.2 电容器的选用： 铝质电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，使得该部分的内部感抗增加。 钽电容由一块带直板和引脚连接点的绝缘体制成，其内部感抗低于铝电解电容。 陶瓷电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含多个平行的金属片。其主要寄生为片结构的感抗。 铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。 在中频范围内（从kHz到MHz），陶质电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。 特殊的低损耗（通常价格比较昂贵）陶瓷电容和云母电容适合于甚高频应用和微波电路。 电容具有低的ESR（即等效串联电阻）值是很重要的，因为它会对信号造成大的衰减。 旁路电容： 旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而吸收那些不需要的高频能量。 旁路电容一般作为高频分路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。 通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求。 去耦电容： 去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助高频噪声。 为了得到更好的EMC特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC）。 陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快的滤除信号的上升时间和下降时间。 为了去耦，应该选择ESR值低于1欧姆的电容。 电容谐振： 如图1所示，电容在低于谐振频率时呈现容性，而后，电容将因为引线长度和布线自感呈现感性。表1则出了两种陶瓷电容的谐振频率。我们看到表面贴装类型的谐振频率是通孔插装类型的两倍。 1 另一个影响去耦效力的因素是电容的绝缘材料。 去耦电容的制造中常使用钡钛酸盐陶瓷（Z5U）和银钛酸盐（NPO）这两种材料。 Z5U具有较大的介电常数，更适合用作低频去耦。 NPO具有较低的介电常数，用作50MHz以上频率的去耦。 将两个谐振频率不同的去耦电容并联，可以在更宽的频谱分布范围内降低电源网络产生的开关噪声。 能提供更宽的布