基于EMC的普通電子元器件選擇

摘要：在現(xiàn)在的電子設計中EMI是一個主要的問題。許多電子產品都有非常嚴格的EMC標準，為了達到這些要求，要求設計者必須從板級開始考慮EMI的抑制。對于單板的EMC性能而言，元器件的選擇和電路的設計以及PCB Layer是影響它的主要因素，文章主要從普通電子元器件的選擇方面來考慮減少或者抑制EMI。
關鍵詞：電磁干擾；電磁兼容性；元器件的選擇

0 引言
隨著信息化社會的發(fā)展，越來越多的電子產品經(jīng)常在一起工作，它們之間的干擾也越來越嚴重，所以，電磁兼容(EMC)問題也就成為一個電子系統(tǒng)能否正常工作的關鍵?，F(xiàn)在的電子產品一般都會有嚴格的EMC標準，而為了達到這些標準我們都會在系統(tǒng)設計中更多地考慮對于EMI的抑制或者減輕。但是對于系統(tǒng)而言最好能在單板設計的過程中就考慮這些問題，因為電路雖然工作在板級，但是可能對系統(tǒng)的其他部件輻射噪音、干擾，從而引起系統(tǒng)級的問題。而要在單板設計中就考慮EMC的問題，設計者就要從選擇器件、設計電路和做PCB Layer等方面著手。對于設計電路和做PCB Layer方面已經(jīng)有許多的規(guī)則和一般經(jīng)驗來考慮EMI的問題，例如增加走線之間的距離減少電容耦合的干擾；將電源和地平行布置來最大化PCB的電容；將敏感及高頻的走線盡量遠離高干擾的電源走線；加寬電源和地的走線來減少電源線和地線之間的阻抗等。
本文主要從元器件的選擇，尤其是普通的電子元器件方面來考慮對于EMI的抑制。對于單板電路設計而言，我們不可能將EMC放在首要位置來考慮，但是在不影響電路功能的前提下，對于一些普通電子元器件的優(yōu)化選擇，尤其是電阻、電容和電感的優(yōu)化選擇，會對EMC的提高起到到事半功倍的作用。每種電子元器件都有自己的特性，所以元器件的選擇在電路設計中就顯得尤為重要，以下主要從電阻、電容、電感以及集成電路四方面的選擇來考慮對于EMI的抑制。

1 電阻的選擇
在單板電路設計中，電阻是最普通也是最常用的元器件。但電阻的種類十分繁多，各個類型都有自己的優(yōu)缺點和合適的使用場合，因此在合適的電路中選擇適合的電阻顯得尤為重要，有以下一些一般指導可供參考：
從封裝形式上來看，表面貼裝的電阻比插裝的電阻的寄生效應更低，所以首要選擇表面貼裝的電阻。
從有鉛封裝和無鉛封裝上看，無鉛封裝的器件肯定優(yōu)選。有鉛封裝的元器件存在著寄生效應，尤其在高頻范圍內，鉛構成了一個低值電感，大概1nH／mm lead。在終端也可以產生一個小的電容效應，在4pf左右，因此應盡可能地減少鉛的長度。無鉛的元器件相較而言有更小的寄生效應，大約為1nH／mm lead電感效應和0．3pf左右的終端電容。
對于有鉛封裝的電阻而言也有選擇順序，由高到低的選擇次序為：碳膜電阻、金屬氧化膜電阻、線繞電阻。金屬氧化膜電阻在低頻(MHz以下)有顯性的寄生影響，所以它一般適合用在大功率密度和高精度的電路中，這就是我們在精密電阻中往往選擇金屬氧化膜電阻的原因。線繞電阻有很高的敏感度，所以應當避免在頻率敏感的電路中應用，線繞電阻最好在大功率處理電路中使用。
在不同的應用電路中，電阻放置的位置也尤為重要。在放大電路設計中，電阻的選擇極為重要。在高頻范圍內，由于在電阻上的感應影響，阻抗會增大，所以增益調整的電阻應盡可能地放置在靠近放大電路的地方，來降低電路板的感應系數(shù)；在上拉、下拉電阻的電路中，晶體管和IC電路的快速通斷會引起開關噪音。為了降低這種影響，所有的偏置電阻都應當盡可能地放在靠近有源器件的地方；在穩(wěn)壓及相關電路中，直流偏置電阻都應當盡可能地放在靠近有源器件的地方來降低去耦影響；其次在我們常用的RC濾波網(wǎng)絡中，必須考慮電阻的感應影響，因為線繞電阻的寄生感應極容易引起本地振蕩。

2 電容的選擇
電容是解決許多EMC問題的重要器件，但是電容有不同的類型和行為反應，所以電容的選擇并不是一件容易的事情。這里我們就最普通的電容的類型、特性和用法等來闡述電容的選擇。
我們最常用的電容有：鋁電解電容、鉭電容、陶瓷電容。
鋁電解電容通常是在兩個電解質中間纏上螺旋狀的金屬箔構成，每單位體積可以達到很高的電容值，但是也增加了內部的感應系數(shù)；鉭電容由帶直接焊盤和腳位連接的塊電解質構成，它有比電解電容小的感應系數(shù)；陶瓷電容由多層的金屬和陶瓷介質組成，在低于1MHz的頻率范圍內有顯性的寄生效應。不同類型的電容有著不同的介質，而不同的介質對不同的頻率有不同的響應，所以說電容的選擇和使用的頻率范圍有著密切的關系。鋁和鉭電解電容在低頻結尾處有優(yōu)勢，主要在蓄能和低頻電路中使用；在中頻范圍內(kHz～MHz)陶瓷電容有優(yōu)勢，主要用作去耦和高頻濾波；低漂移的陶瓷電容和云母電容主要用在超高頻或者微波電路中。
不管什么類型的電容，我們一般都用作兩個方面，旁路和去耦。所以我們也可以根據(jù)應用場合將電容分為旁路電容和去耦電容兩大類。對于同一個電路來說，旁路(bypass)電容是把輸入信號中的高頻噪聲作為濾除對象，把前級攜帶的高頻雜波濾除，旁路電容的主要作用是對于交流旁路，濾掉從敏感區(qū)域進入的干擾。旁路電容主要擔當高頻的旁路器件，來減少在電源部分的瞬態(tài)電流的要求。通常，鋁和鉭電容是旁路電容的最佳選擇，它們的取值取決于PCB上瞬態(tài)電流的需要，通常取值在10～470UF。而去耦(decoupling)電容也稱退耦電容，是把輸出信號的干擾作為濾除對象。去耦電容的作用是局部穩(wěn)定有源器件的直流電源，減少通過板子傳播的開關噪音，將這些噪音去耦到地。