基于EMC的普通電子元器件選擇

摘要：在現在的電子設計中EMI是一個(gè)主要的問(wèn)題。許多電子產(chǎn)品都有非常嚴格的EMC標準，為了達到這些要求，要求設計者必須從板級開(kāi)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(lái)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(zhù)信息化社會(huì )的發(fā)展，越來(lái)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(lái)越嚴重，所以，電磁兼容(EMC)問(wèn)題也就成為一個(gè)電子系統能否正常工作的關(guān)鍵?，F在的電子產(chǎn)品一般都會(huì )有嚴格的EMC標準，而為了達到這些標準我們都會(huì )在系統設計中更多地考慮對于EMI的抑制或者減輕。但是對于系統而言最好能在單板設計的過(guò)程中就考慮這些問(wèn)題，因為電路雖然工作在板級，但是可能對系統的其他部件輻射噪音、干擾，從而引起系統級的問(wèn)題。而要在單板設計中就考慮EMC的問(wèn)題，設計者就要從選擇器件、設計電路和做PCB Layer等方面著(zhù)手。對于設計電路和做PCB Layer方面已經(jīng)有許多的規則和一般經(jīng)驗來(lái)考慮EMI的問(wèn)題，例如增加走線(xiàn)之間的距離減少電容耦合的干擾；將電源和地平行布置來(lái)最大化PCB的電容；將敏感及高頻的走線(xiàn)盡量遠離高干擾的電源走線(xiàn)；加寬電源和地的走線(xiàn)來(lái)減少電源線(xiàn)和地線(xiàn)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(lái)考慮對于EMI的抑制。對于單板電路設計而言，我們不可能將EMC放在首要位置來(lái)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(huì )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(lái)考慮對于EMI的抑制。

1 電阻的選擇
在單板電路設計中，電阻是最普通也是最常用的元器件。但電阻的種類(lèi)十分繁多，各個(gè)類(lèi)型都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和合適的使用場(chǎng)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可供參考：
從封裝形式上來(lái)看，表面貼裝的電阻比插裝的電阻的寄生效應更低，所以首要選擇表面貼裝的電阻。
從有鉛封裝和無(wú)鉛封裝上看，無(wú)鉛封裝的器件肯定優(yōu)選。有鉛封裝的元器件存在著(zhù)寄生效應，尤其在高頻范圍內，鉛構成了一個(gè)低值電感，大概1nH／mm lead。在終端也可以產(chǎn)生一個(gè)小的電容效應，在4pf左右，因此應盡可能地減少鉛的長(cháng)度。無(wú)鉛的元器件相較而言有更小的寄生效應，大約為1nH／mm lead電感效應和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(xiàn)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(xiàn)繞電阻有很高的敏感度，所以應當避免在頻率敏感的電路中應用，線(xiàn)繞電阻最好在大功率處理電路中使用。
在不同的應用電路中，電阻放置的位置也尤為重要。在放大電路設計中，電阻的選擇極為重要。在高頻范圍內，由于在電阻上的感應影響，阻抗會(huì )增大，所以增益調整的電阻應盡可能地放置在靠近放大電路的地方，來(lái)降低電路板的感應系數；在上拉、下拉電阻的電路中，晶體管和IC電路的快速通斷會(huì )引起開(kāi)關(guān)噪音。為了降低這種影響，所有的偏置電阻都應當盡可能地放在靠近有源器件的地方；在穩壓及相關(guān)電路中，直流偏置電阻都應當盡可能地放在靠近有源器件的地方來(lái)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影響，因為線(xiàn)繞電阻的寄生感應極容易引起本地振蕩。

2 電容的選擇
電容是解決許多EMC問(wèn)題的重要器件，但是電容有不同的類(lèi)型和行為反應，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(lèi)型、特性和用法等來(lái)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(gè)電解質(zhì)中間纏上螺旋狀的金屬箔構成，每單位體積可以達到很高的電容值，但是也增加了內部的感應系數；鉭電容由帶直接焊盤(pán)和腳位連接的塊電解質(zhì)構成，它有比電解電容小的感應系數；陶瓷電容由多層的金屬和陶瓷介質(zhì)組成，在低于1MHz的頻率范圍內有顯性的寄生效應。不同類(lèi)型的電容有著(zhù)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，所以說(shuō)電容的選擇和使用的頻率范圍有著(zhù)密切的關(guān)系。鋁和鉭電解電容在低頻結尾處有優(yōu)勢，主要在蓄能和低頻電路中使用；在中頻范圍內(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(lèi)型的電容，我們一般都用作兩個(gè)方面，旁路和去耦。所以我們也可以根據應用場(chǎng)合將電容分為旁路電容和去耦電容兩大類(lèi)。對于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō)，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，濾掉從敏感區域進(jìn)入的干擾。旁路電容主要擔當高頻的旁路器件，來(lái)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(chēng)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定有源器件的直流電源，減少通過(guò)板子傳播的開(kāi)關(guān)噪音，將這些噪音去耦到地。