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如何让你设计的电子产品通过EMC标准？PCB被动组件的隐藏特性解析
麒麟浪子
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传统上，EMC 一直被视为「黑色魔术（black magic）」。其实，EMC 是可以藉由数学公式来理解的。不过，纵使有数学分析方法可以利用，但那些数学方程式对实际的 EMC 电路设计而言，仍然太过复杂了。幸运的是，在大多数的实务工作中，工程师并不需要完全理解那些复杂的数学公式和存在于 EMC 规范中的学理依据，只要藉由简单的数学模型，就能够明白要如何达到 EMC 的要求。
本文藉由简单的数学公式和电磁理论，来说明在印刷电路板（PCB）上被动组件（passive component）的隐藏行为和特性，这些都是工程师想让所设计的电子产品通过 EMC 标准时，事先所必须具备的基本知识。
导线和 PCB 走线
导线（wire）、走线（trace）、固定架……等看似不起眼的组件，却经常成为射频能量的最佳发射器（亦即，EMI 的来源）。每一种组件都具有电感，这包含硅芯片的焊线（bond wire）、以及电阻、电容、电感的接脚。每根导线或走线都包含有隐藏的寄生电容和电感。这些寄生性组件会影响导线的阻抗大小，而且对频率很敏感。依据 LC 的值（决定自共振频率）和 PCB 走线的长度，在某组件和 PCB 走线之间，可以产生自共振（self-resonance），因此，形成一根有效率的辐射天线。
在低频时，导线大致上只具有电阻的特性。但在高频时，导线就具有电感的特性。因为变成高频后，会造成阻抗大小的变化，进而改变导线或 PCB 走线与接地之间的 EMC 设计，这时必需使用接地面（ground plane）和接地网格（ground grid）。
导线和 PCB 走线的最主要差别只在于，导线是圆形的，走线是长方形的。导线或走线的阻抗包含电阻 R 和感抗 XL = 2πfL，在高频时，此阻抗定义为 Z = R + j XL j2πfL，没有容抗 Xc = 1/2πfC 存在。频率高于 100 kHz 以上时，感抗大于电阻，此时导线或走线不再是低电阻的连接线，而是电感。一般而言，在音频以上工作的导线或走线应该视为电感，不能再看成电阻，而且可以是射频天线。
大多数天线的长度是等于某一特定频率的 1/4 或 1/2 波长（λ）。因此在 EMC 的规范中，不容许导线或走线在某一特定频率的 λ/20 以下工作，因为这会使它突然地变成一根高效能的天线。电感和电容会造成电路的谐振，此现象是不会在它们的规格书中记载的。
例如：假设有一根 10 公分的走线，R = 57 mΩ，8 nH/cm，所以电感值总共是 80 nH。在 100 kHz 时，可以得到感抗 50 mΩ。当频率超过 100 kHz 以上时，此走线将变成电感，它的电阻值可以忽略不计。因此，此 10 公分的走线将在频率超过 150 MHz 时，将形成一根有效率的辐射天线。因为在 150 MHz 时，其波长 λ= 2 公尺，所以 λ/20 = 10 公分 = 走线的长度；若频率大于 150 MHz，其波长 λ 将变小，其 1/4λ 或 1/2λ 值将接近于走线的长度（10 公分），于是逐渐形成一根完美的天线。
电阻
电阻是在 PCB 上最常见到的组件。电阻的材质（碳合成、碳膜、云母、绕线型…等）限制了频率响应的作用和 EMC 的效果。绕线型电阻并不适合于高频应用，因为在导线内存在着过多的电感。碳膜电阻虽然包含有电感，但有时适合于高频应用，因为它的接脚之电感值并不大。
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