工程師電磁兼容設計精髓

千萬不要誤以為本人已淪為標題黨，靠著“精髓”二字賺取眼球。乃是真的發(fā)現諸多資深工程師，亦常常走著基礎而又錯誤的設計之路。這就是電磁兼容設計的高頻思維。

　　電磁兼容的問題常發(fā)生于高頻狀態(tài)下，個別問題（電壓跌落與瞬時中斷等）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判斷分析，則會走入設計的誤區(qū)。比如：

　　電容，在中低頻或直流情況下，就是一個儲能組件，只表現為一個電容的特性，但在高頻情況下，它就不僅僅是個電容了，它有一個理想電容的特性，有漏電流（在高頻等效電路上表現為R），有引線電感，還在導致電壓脈沖波動情況下發(fā)熱的ESR（等效串聯電阻），（如圖）。從這個圖上分析，能幫我們設計師得出很多有益的設計思路。第一，按照常規(guī)思路，1/2πfc是電容的容抗，應該是頻率越高，容抗越小，濾波效果越好，即越高頻的雜波越容易被泄放掉，但事實并非如此，因為引線電感的存在，一支電容僅僅在其1/2πfc=2πf L等式成立的時候，才是整體阻抗最小的時候，濾波效果才最好，頻率高了低了都會濾波效果下降，由此就可以分析出結論，為什么在IC的VCC端都會加兩支電容，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。就是兩支不同的電容的諧振頻率點岔開了一段距離，既利于對稍高頻的濾波，也利于對較低頻的濾波。

　　其次是線纜或PCB布線的高頻等效特性（如圖），無論高低頻，走線電阻都是客觀存在，但對于走線電感，則只在較高頻時候才可以顯現得出來。另外就是還有一個分布電容的存在，但是，在導線附近沒有導體的時候，這個分布電容有也是白搭，就像沒有男人，女人也不能生孩子一樣，這是一個需要兩個導體才可以發(fā)揮的作用。
電感和電阻的特性比較簡單，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，因為磁環(huán)對高頻脈動的吸波作用，與電感的表現有點類似，所以經常被認為是電感特性，但事實上錯了，磁環(huán)是個電阻特性，不過這個電阻有點特別，它的阻值大小是頻率的函數R（f），如此的話，在一個帶有高頻波動的信號穿過磁珠的時候，高頻波動會因為I2R的作用而發(fā)熱，將波動干擾經過電能——磁能——熱能的轉化過程，所以在導線上波動比較強烈的時候，磁環(huán)摸起來會是溫的。

　　以上是EMC專業(yè)中高頻思維的基礎知識，有了這些，一系列的設計經驗都可以迎刃而解了。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，是因為電容的高頻等效特性，引線電感和電容的串聯導致其綜合阻抗隨頻率而變化，而在 WL= （1/WC）的頻率點上，是其阻抗最小的點（如圖）。而且兩個電容分別有自己的最小阻抗點，分別對應不同的頻率點，以便于為IC不同頻率范圍的供電需求提供電流。

　　靜電工作臺的接地導線用寬的銅皮帶和金屬絲網蛇皮管，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，否則會因為導線分布電容的存在而導致信號線纜之間出現串擾，當然，信號線對地線的耦合那又最好是近一點，這樣，信號線上的波動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，它是一個脈絡清晰的骨架，于是就有了宛若藝術般的解剖過程，對電子工程師來說，把電子器件都當成一個高頻等效的組合電路，則EMC的設計將如油畫家，畫出一幅美輪美奐的作品來。