資深工程師電磁兼容設(shè)計(jì)精髓總結(jié)：高頻狀態(tài)電路特性

千萬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(shè)計(jì)的誤區(qū)。比如：

電容，在中低頻或直流情況下，就是一個儲能組件，只表現(xiàn)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(xiàn)為R)，有引線電感，還在導(dǎo)致電壓脈沖波動情況下發(fā)熱的ESR(等效串聯(lián)電阻)，(如圖)。從這個圖上分析，能幫我們設(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(jié)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(diǎn)。就是兩支不同的電容的諧振頻率點(diǎn)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(xiàn)得出來。另外就是還有一個分布電容的存在，但是，在導(dǎo)線附近沒有導(dǎo)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(dǎo)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?yàn)榇怒h(huán)對高頻脈動的吸波作用，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)上錯了，磁環(huán)是個電阻特性，不過這個電阻有點(diǎn)特別，它的阻值大小是頻率的函數(shù)R(f)，如此的話，在一個帶有高頻波動的信號穿過磁珠的時候，高頻波動會因?yàn)镮2R的作用而發(fā)熱，將波動干擾經(jīng)過電能——磁能——熱能的轉(zhuǎn)化過程，所以在導(dǎo)線上波動比較強(qiáng)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(chǔ)知識，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)。而且兩個電容分別有自己的最小阻抗點(diǎn)，分別對應(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，否則會因?yàn)閷?dǎo)線分布電容的存在而導(dǎo)致信號線纜之間出現(xiàn)串?dāng)_，當(dāng)然，信號線對地線的耦合那又最好是近一點(diǎn)，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(luò)清晰的骨架，于是就有了宛若藝術(shù)般的解剖過程，對電子工程師來說，把電子器件都當(dāng)成一個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。