PCB电磁兼容设计1

PCB电磁兼容设计 20221229

关键元件

无源器件

模拟、逻辑器件

磁性元件

开关元件

连接器元件

多数情况，电路基本元件满足EMC程度将决定设备满足EMC的程度。

实际元件不是“理想”的，本身可能是干扰源或敏感设备。

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：

电磁兼容性往往是由远离基频元件响应特性来决定的。

也可利用元件特性抑制、防止干扰。

电路布局又决定着响应和不同电路元件间互相耦合程度。

无源器件

电阻、电容、二极管

有源器件产生干扰一般通过无源器件向外发射，也可通过无源器件消除

电阻选型

1. 所有的无源器件都包含寄生电阻，电容和电感。
2. 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。
3. 例如，在高频电路中，电阻变成电容（由于旁路电容C），或变成电感（由于引线自感和螺线）；
4. 线绕电阻在KHZ以上因绕线电感存在不适用；
5. 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，呈现显著感抗。

 

1. 有引脚元件有寄生效果，尤其在高频时。引脚形成小电感。引脚末端产生小电容。因此，引脚的长度应尽可能的短。
2. 无引脚且贴片的元件的寄生效果要小一些。

1. 从电磁兼容性看，贴片元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。

1. SMT元件比其它元件寄生参数小得多，而且能在很高的频率提供满意参数。如，贴片电阻（1kΩ以下）在1GHz时仍显电阻性。

1. 贴片电阻总是优于插件电阻。
2. 插件电阻，首选碳膜电阻，其次金属膜电阻，最后线绕电阻。

 碳膜电阻   绕线电阻

金属膜电阻

1. 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。
2. 线绕电阻有强电感特性，不合用>50kHz电路中，在对频率敏感应用中也不能用。
3. 放大器设计，增益控制电阻尽可能靠近放大器以减少电路板电感。
4. 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。
5. 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。
6. 在RC滤波网络中，最好使用无感电阻和贴片电阻，获得较好高频特性。
7. 压敏电阻器常用电源电路和与室外连接的控制和通讯接口电路，防雷击浪涌效果好。

压敏电阻

电容选型

1. 铝质电解电容内部感抗增加。
2. 钽电容内部感抗低于铝电解电容。
3. 陶瓷电容主要寄生为片结构的感抗。
4. 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。
5. 在中频范围内（从kHz到MHz），陶瓷电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。

陶瓷电容

云母电容

1. 特殊的低损耗 NPO（通常价格比较昂贵）陶瓷电容和云母电容适用甚高频应用和微波电路。
2. 电容具有低的ESR（即等效串联电阻）值，ESR会对信号造成大的衰减。

旁路电容：

1. 旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，吸收不需要的高频能量。
2. 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。
3. 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：

1. 去耦电容的主要功能是提供一个局部直流电源给有源器件，减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。
2. 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
3. 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）。
4. 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。
5. 为了去耦，应该选择ESR值低于1欧姆的电容。

1. 用于信号线滤波的三端电容

 

EMI静噪三脚滤波电容

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电容谐振：

如图，电容低于谐振频率时呈现容性，而后，电容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。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。
2. Z5U具有较大的介电常数，更适合用作低频去耦。
3. NPO具有较低的介电常数，用作50MHz以上频率的去耦。
4. 将两个谐振频率不同的去耦电容并联，可以在更宽频谱分布范围内降低电源网络产生的开关噪声。
5. 提供更宽布线以减小引线自感，有效改善去耦能力。
6. 两个电容的取值应相差两个数量级以提供更有效的去耦。