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06-18
传统上，EMC 一直被视为“黑魔法”。
其实EMC可以通过数学公式来理解。
然而，即使有数学分析方法，这些数学方程对于实际的 EMC 电路设计来说仍然过于复杂。
幸运的是，在大多数实际工作中，工程师不需要完全理解 EMC 规范中存在的复杂数学公式和理论基础。
只要使用简单的数学模型，他们就能明白如何满足EMC要求。
。
本文使用简单的数学公式和电磁理论来解释印刷电路板（PCB）上无源元件的隐藏行为和特性。
这些都是工程师设计电子产品通过 EMC 标准所希望的。
，必须提前掌握的基础知识。
电线和PCB走线 电线、走线、固定装置...以及其他看似不起眼的元件往往成为射频能量（即EMI源）的最佳发射器。
每个元件都有一个电感，其中包括硅芯片的键合线以及电阻、电容和电感的引脚。
每根电线或走线都包含隐藏的寄生电容和电感。
这些寄生元件影响导线的阻抗并且对频率敏感。
根据LC的值（决定自谐振频率）和PCB走线的长度，某个元件与PCB走线之间可以发生自谐振（自谐振），从而形成高效的辐射天线。
在低频下，电线一般仅具有电阻特性。
但在高频下，导线具有电感特性。
因为当频率变高时，阻抗会发生变化，从而改变导线或PCB走线与地之间的EMC设计。
在这种情况下，必须使用接地层和接地网格。
电线和PCB走线的主要区别是电线是圆形的，走线是矩形的。
导线或走线的阻抗包括电阻 R 和感抗 XL = 2πfL。
在高频下，该阻抗定义为 Z = R + j XL j2πfL，并且不存在容抗 Xc = 1/2πfC。
当频率高于kHz时，感抗大于电阻。
此时，导线或走线不再是低电阻连接线，而是电感。
一般来说，在音频电平以上工作的电线或走线应被视为电感器，而不是电阻器，并且可以是射频天线。
大多数天线的长度等于特定频率的1/4或1/2波长(λ)。
因此，在EMC规范中，电线或走线不允许在某个频率下工作在λ/20以下，因为这会突然将其变成高效天线。
电感器和电容器可能会导致电路谐振，但其规范中并未对此进行记录。
例如：假设有一条 10 cm 走线，R = 57 mΩ，8 nH/cm，则总电感值为 80 nH。
在 kHz 频率下，可获得 50 mΩ 的感抗。
当频率超过kHz时，该走线将成为电感，其电阻值可以忽略不计。
因此，这条 10 厘米的迹线将在 MHz 以上的频率下形成高效的辐射天线。
因为在 MHz 下，波长 λ = 2 米，所以 λ/20 = 10 cm = 走线长度；如果频率大于MHz，波长λ就会变小，其1/4λ或1/2λ值将接近走线的长度（10厘米），逐渐形成完美的天线。
电阻器 电阻器是PCB上最常见的元件。
电阻器的材料（碳复合材料、碳膜、云母、绕线型...等）限制了频率响应和 EMC 效应。
线绕电阻器不适合高频应用，因为电线中的电感太大。
虽然碳膜电阻器含有电感器，但由于其引脚的电感量并不大，因此有时也适用于高频应用。
大多数人经常忽视的是电阻的封装尺寸和寄生电容。
电阻两端之间存在寄生电容。
它们会在极高频率下对正常电路特性造成损害，特别是当频率达到GHz时。
然而，对于大多数应用电路来说，电阻器引脚之间的寄生电容并不像引脚电感那么重要。
电阻器经受超高电压极限（过电压应力）测试时，必须注意阻值的变化。
如果电阻器上发生静电放电 (ESD)，就会发生一些有趣的事情。
如果电阻器是表面贴装元件，则电阻器很可能被电弧击穿。
如果电阻器有引线，ESD 将找到通向电阻器的高电阻（和高电感）路径，并避免进入受电阻器保护的电路。
事实上，真正的保护者是隐藏在这个电阻中的电感和电容特性。
固定直流电压和电流（批量）的功能。
真正纯净的电容器将保持其电容，直到达到其自谐振频率。
高于该自谐振频率，电容行为变得像电感器。
这可以用公式来解释：Xc=1/2πfC，Xc为容抗（单位为Ω）。
例如：10μf电解电容在10kHz时容抗为1.6Ω； MHz 时降至 μΩ。
因此，在MHz下，存在短路效应，这对于EMC来说是理想的。
然而，电解电容器的电气参数：等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）将限制该电容器只能工作在1MHz以下的频率。
电容的使用还与引脚电感和体积结构有关。
这些因素决定了寄生电感的数量和大小。
电容器的接合线之间存在寄生电感。
当超过自谐振频率时，它们会导致电容器表现得像电感器，因此电容器失去了原有的功能。
电感器 电感器用于控制PCB中的EMI。
对于电感器来说，其感抗与频率成正比。
这可以用公式来解释：XL = 2πfL，其中XL是感抗（单位为Ω）。
例如：对于理想的10 mH电感，在10 kHz时感抗为Ω； MHz 时，它增加到 6.2MΩ。
因此，在 MHz 下，该电感可以视为开路。
在 MHz 下，如果信号通过电感器，信号的质量将会下降（这是从时域观察到的）。
与电容器一样，电感器的电气参数（线圈之间的寄生电容）将其工作频率限制在 1 MHz 以下。
问题是，高频时，如果不能用电感，应该用什么？答案是，应该使用“铁氧体磁珠”。
铁粉材料为铁镁合金或铁镍合金。
这些材料具有高渗透性。
在高频和高阻抗时，电感器中线圈之间的电容值将最小。
铁粉磁珠通常只适用于高频电路，因为在低频时，它们基本上保留了电感器的完整特性（包括电阻和电抗成分），因此它们会对线路造成轻微的损耗。
在高频时，它基本上只有无功分量（jωL），并且无功分量随着频率的增加而增加，如图1所示。
实际上，铁粉珠是射频能量的高频衰减器。
其实铁粉珠可以看做是一个与电感并联的电阻。
低频时，电阻被电感“短路”，电流流向电感；在高频下，电感器的高电感迫使电流流入电阻器。
本质上，铁粉珠是一种将高频能量转化为热能的“耗散装置”。
因此，从性能上来说，只能解释为电阻，而不是电感。
图片：铁粉材料的特性 变压器 变压器通常出现在电源中。
此外，它们还可用于隔离数据信号、I/O 连接和电源接口。
根据变压器的类型和应用，初级线圈和次级线圈之间可能有屏蔽层。
该屏蔽连接到接地参考源，用于防止两组线圈之间的电容耦合。
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