工程師電磁兼容設(shè)計(jì)精髓

千萬(wàn)不要誤以為本人已淪為標(biāo)題黨，靠著“精髓”二字賺取眼球。乃是真的發(fā)現(xiàn)諸多資深工程師，亦常常走著基礎(chǔ)而又錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)之路。這就是電磁兼容設(shè)計(jì)的高頻思維。

　　電磁兼容的問(wèn)題常發(fā)生于高頻狀態(tài)下，個(gè)別問(wèn)題（電壓跌落與瞬時(shí)中斷等）除外。高頻思維，總而言之，就是器件的特性、電路的特性，在高頻情況下和常規(guī)中低頻狀態(tài)下是不一樣的，如果仍然按照普通的控制思維來(lái)判斷分析，則會(huì)走入設(shè)計(jì)的誤區(qū)。比如：

　　電容，在中低頻或直流情況下，就是一個(gè)儲(chǔ)能組件，只表現(xiàn)為一個(gè)電容的特性，但在高頻情況下，它就不僅僅是個(gè)電容了，它有一個(gè)理想電容的特性，有漏電流（在高頻等效電路上表現(xiàn)為R），有引線電感，還在導(dǎo)致電壓脈沖波動(dòng)情況下發(fā)熱的ESR（等效串聯(lián)電阻），（如圖）。從這個(gè)圖上分析，能幫我們?cè)O(shè)計(jì)師得出很多有益的設(shè)計(jì)思路。第一，按照常規(guī)思路，1/2πfc是電容的容抗，應(yīng)該是頻率越高，容抗越小，濾波效果越好，即越高頻的雜波越容易被泄放掉，但事實(shí)并非如此，因?yàn)橐€電感的存在，一支電容僅僅在其1/2πfc=2πf L等式成立的時(shí)候，才是整體阻抗最小的時(shí)候，濾波效果才最好，頻率高了低了都會(huì)濾波效果下降，由此就可以分析出結(jié)論，為什么在IC的VCC端都會(huì)加兩支電容，一支電解的，一支瓷片的，并且容值一般相差100倍以上多一點(diǎn)。就是兩支不同的電容的諧振頻率點(diǎn)岔開(kāi)了一段距離，既利于對(duì)稍高頻的濾波，也利于對(duì)較低頻的濾波。

　　其次是線纜或PCB布線的高頻等效特性（如圖），無(wú)論高低頻，走線電阻都是客觀存在，但對(duì)于走線電感，則只在較高頻時(shí)候才可以顯現(xiàn)得出來(lái)。另外就是還有一個(gè)分布電容的存在，但是，在導(dǎo)線附近沒(méi)有導(dǎo)體的時(shí)候，這個(gè)分布電容有也是白搭，就像沒(méi)有男人，女人也不能生孩子一樣，這是一個(gè)需要兩個(gè)導(dǎo)體才可以發(fā)揮的作用。
電感和電阻的特性比較簡(jiǎn)單，易于理解，就不贅述了。

　　但磁環(huán)和磁珠的高頻等效特性卻不得不提一下，因?yàn)榇怒h(huán)對(duì)高頻脈動(dòng)的吸波作用，與電感的表現(xiàn)有點(diǎn)類似，所以經(jīng)常被認(rèn)為是電感特性，但事實(shí)上錯(cuò)了，磁環(huán)是個(gè)電阻特性，不過(guò)這個(gè)電阻有點(diǎn)特別，它的阻值大小是頻率的函數(shù)R（f），如此的話，在一個(gè)帶有高頻波動(dòng)的信號(hào)穿過(guò)磁珠的時(shí)候，高頻波動(dòng)會(huì)因?yàn)镮2R的作用而發(fā)熱，將波動(dòng)干擾經(jīng)過(guò)電能——磁能——熱能的轉(zhuǎn)化過(guò)程，所以在導(dǎo)線上波動(dòng)比較強(qiáng)烈的時(shí)候，磁環(huán)摸起來(lái)會(huì)是溫的。

　　以上是EMC專業(yè)中高頻思維的基礎(chǔ)知識(shí)，有了這些，一系列的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)都可以迎刃而解了。比如：

　　IC的VCC端為何加裝兩只電容，一只電解電容，一只瓷片電容，是因?yàn)殡娙莸母哳l等效特性，引線電感和電容的串聯(lián)導(dǎo)致其綜合阻抗隨頻率而變化，而在 WL= （1/WC）的頻率點(diǎn)上，是其阻抗最小的點(diǎn)（如圖）。而且兩個(gè)電容分別有自己的最小阻抗點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)不同的頻率點(diǎn)，以便于為IC不同頻率范圍的供電需求提供電流。

　　靜電工作臺(tái)的接地導(dǎo)線用寬的銅皮帶和金屬絲網(wǎng)蛇皮管，而不是黃綠的圓形接地線纜，圓形接地線纜的走線電感量偏大，不利于高頻靜電電荷的泄放。

　　線纜和線纜之間的間距不宜太近，否則會(huì)因?yàn)閷?dǎo)線分布電容的存在而導(dǎo)致信號(hào)線纜之間出現(xiàn)串?dāng)_，當(dāng)然，信號(hào)線對(duì)地線的耦合那又最好是近一點(diǎn)，這樣，信號(hào)線上的波動(dòng)干擾可以方便的泄放到地線上去。

　　到這里，不由得想起了庖丁解牛，在普通人眼里，牛就是一堆肉，但在庖丁的眼里，它是一個(gè)脈絡(luò)清晰的骨架，于是就有了宛若藝術(shù)般的解剖過(guò)程，對(duì)電子工程師來(lái)說(shuō)，把電子器件都當(dāng)成一個(gè)高頻等效的組合電路，則EMC的設(shè)計(jì)將如油畫家，畫出一幅美輪美奐的作品來(lái)。