基于EMC的普通電子元器件選擇

摘要：在現(xiàn)在的電子設(shè)計中EMI是一個主要的問題。許多電子產(chǎn)品都有非常嚴格的EMC標(biāo)準，為了達到這些要求，要求設(shè)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(shè)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(guān)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(chǎn)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(guān)鍵?，F(xiàn)在的電子產(chǎn)品一般都會有嚴格的EMC標(biāo)準，而為了達到這些標(biāo)準我們都會在系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)計中就考慮EMC的問題，設(shè)計者就要從選擇器件、設(shè)計電路和做PCB Layer等方面著手。對于設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)，尤其在高頻范圍內(nèi)，鉛構(gòu)成了一個低值電感，大概1nH／mm lead。在終端也可以產(chǎn)生一個小的電容效應(yīng)，在4pf左右，因此應(yīng)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(yīng)，大約為1nH／mm lead電感效應(yīng)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(yīng)當(dāng)避免在頻率敏感的電路中應(yīng)用，線繞電阻最好在大功率處理電路中使用。
在不同的應(yīng)用電路中，電阻放置的位置也尤為重要。在放大電路設(shè)計中，電阻的選擇極為重要。在高頻范圍內(nèi)，由于在電阻上的感應(yīng)影響，阻抗會增大，所以增益調(diào)整的電阻應(yīng)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(yīng)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(guān)噪音。為了降低這種影響，所有的偏置電阻都應(yīng)當(dāng)盡可能地放在靠近有源器件的地方；在穩(wěn)壓及相關(guān)電路中，直流偏置電阻都應(yīng)當(dāng)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(luò)中，必須考慮電阻的感應(yīng)影響，因為線繞電阻的寄生感應(yīng)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(yīng)，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(zhì)中間纏上螺旋狀的金屬箔構(gòu)成，每單位體積可以達到很高的電容值，但是也增加了內(nèi)部的感應(yīng)系數(shù)；鉭電容由帶直接焊盤和腳位連接的塊電解質(zhì)構(gòu)成，它有比電解電容小的感應(yīng)系數(shù)；陶瓷電容由多層的金屬和陶瓷介質(zhì)組成，在低于1MHz的頻率范圍內(nèi)有顯性的寄生效應(yīng)。不同類型的電容有著不同的介質(zhì)，而不同的介質(zhì)對不同的頻率有不同的響應(yīng)，所以說電容的選擇和使用的頻率范圍有著密切的關(guān)系。鋁和鉭電解電容在低頻結(jié)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(nèi)(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(yīng)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(dān)當(dāng)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(guān)噪音，將這些噪音去耦到地。