電磁兼容（EMC）元器件的正確選型和應(yīng)用技巧

　　在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，每臺(tái)電子、電氣產(chǎn)品除了本身要能抗住一定的外來電磁干擾正常工作以外，還不能產(chǎn)生對(duì)該電磁環(huán)境中的其它電子、電氣產(chǎn)品所不能承受的電磁干擾。或者說，既要滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁敏感度極限值要求，又要滿足其電磁發(fā)射極限值要求，這就是電子、電氣產(chǎn)品電磁兼容性應(yīng)當(dāng)解決的問題，也是電子、電氣產(chǎn)品通過電磁兼容性認(rèn)證的必要條件。很多工程師在進(jìn)行產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于如何正確選擇和使用電磁兼容性元器件，往往束手無策或效果不理想，因此，很有必要對(duì)此進(jìn)行探討。

　　對(duì)于電磁兼容的相關(guān)理論，電子元件技術(shù)網(wǎng)通過線上的EMC半月談、EMC大講臺(tái)以及線下電磁兼容研討會(huì)等很多種方式進(jìn)行了深入探討。現(xiàn)在我們通過一些圖片，直觀的系統(tǒng)的回顧電磁兼容的含義、電磁干擾的三要素以及抑制電磁干擾的原理。再根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和元器件不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要講解不同元器件在EMC設(shè)計(jì)中的選擇及應(yīng)用技巧，對(duì)EMC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。

　　電磁兼容的定義

　　電磁干擾的三要素

　　抑制電磁干擾的原理

　　EMC主要解決方法 預(yù)防比屏蔽更加有效

　　電磁兼容性元器件是解決電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度問題的關(guān)鍵，正確選擇和使用這些元器件是做好電磁兼容性設(shè)計(jì)的前提。因此，我們必須深入掌握這些元器件，這樣才有可能設(shè)計(jì)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求、性能價(jià)格比最優(yōu)的電子、電氣產(chǎn)品。而每一種電子元件都有它各自的特性，因此，要求在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮。接下來我們將討論一些常見的用來減少或抑制電磁兼容性的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　元件組

　　有兩種基本的電子元件組：有引腳的和無引腳的元件。有引腳線元件有寄生效果，尤其在高頻時(shí)。該引腳形成了一個(gè)小電感，大約是1nH/mm/引腳。引腳的末端也能產(chǎn)生一個(gè)小電容性的效應(yīng)，大約有4pF。因此，引腳的長度應(yīng)盡可能的短。與有引腳的元件相比，無引腳且表面貼裝的元件的寄生效果要小一些。其典型值為：0.5nH的寄生電感和約0.3pF的終端電容。

　　從電磁兼容性的觀點(diǎn)看，表面貼裝元件效果最好，其次是放射狀引腳元件，最后是軸向平行引腳的元件。

　　一、EMC元件之電容

　　在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用最廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用不當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿?EMI程度。

　　從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低（如典型的陶瓷電 容，0.1μF的f0=5 MHz，0.01μF的f0=15 MHz，0.001μF的f0=50 MHz），對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10 MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來解決。

　　貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感，通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3~1/5，自諧振頻率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍（也有資料說可達(dá)10倍），是射頻應(yīng)用的理想選擇。

　　傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗鼈兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。

　　三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50 MHz以下拓展到200 MHz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。

　　二、EMC元件之電感

　　電感是一種可以將磁場和電場聯(lián)系起來的元件，其固有的、可以與磁場互相作用的能力使其潛在地比其他元件更為敏感。和電容類似，聰明地使用電感也能解決許多 EMC問題。下面是兩種基本類型的電感：開環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場環(huán)。在開環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場通過空氣閉合；而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場通過磁芯完成磁路，如下圖所示。

　　電感中的磁場

　　電感比起電容一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒有什么差別。

　　開環(huán)電感的磁場穿過空氣，這將引起輻射并帶來電磁干擾（EMI）問題。在選擇開環(huán)電感時(shí)，繞軸式比棒式或螺線管式更好，因?yàn)檫@樣磁場將被控制在磁芯（即磁體內(nèi)的局部磁場）。

　　開環(huán)電感

　　對(duì)閉環(huán)電感來說，磁場被完全控制在磁心，因此在電路設(shè)計(jì)中這種類型的電感更理想，當(dāng)然它們也比較昂貴。螺旋環(huán)狀的閉環(huán)電感的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：它不僅將磁環(huán)控制在磁心，還可以自行消除所有外來的附帶場輻射。

　　電感的磁芯材料主要有兩種類型：鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感用于低頻場合（幾十KHz），而鐵氧體磁芯電感用于高頻場合（到MHz）。因此鐵氧體磁芯電感更適合于EMC應(yīng)用。

　　在EMC應(yīng)用中特別使用了兩種特殊的電感類型：鐵氧體磁珠和鐵氧體磁夾。鐵和鐵氧體可作電感磁芯骨架。鐵芯電感常應(yīng)用于低頻場合（幾十KHz），而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場合（MHz）。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。

　　三、濾波器結(jié)構(gòu)的選擇

　　EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與聯(lián)結(jié)的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。

　　濾波器分類（基于功能）

　　濾波器分類（基于結(jié)構(gòu)）

　　濾波器選型

　　四、EMC元件之磁珠

　　磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來，緩慢的釋放出去。

　　磁珠工作原理

　　磁珠選型

　　磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了。

　　電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件。電感多用于電源濾波回路，側(cè)重于抑止傳導(dǎo)性干擾；磁珠多用于信號(hào)回路，主要用于EMI方面。磁珠用來吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路（DDR，SDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種儲(chǔ)能元件，用在LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHz。

　　五、EMC元件之二極管

　　二極管是最簡單的半導(dǎo)體器件。由于其獨(dú)特的特性，某些二極管有助于解決并防止與EMC相關(guān)的一些問題。

　　六、模擬與邏輯有源器件的選用

　　電磁干擾發(fā)射和電磁敏感度的關(guān)鍵是模擬與邏輯有源器件的選用。必須注意有源器件固有的敏感特性和電磁發(fā)射特性。

　　有源器件可分為調(diào)諧器件和基本頻帶器件。調(diào)諧器件起帶通元件作用，其頻率特性包括：中心頻率、帶寬、選擇性和帶外亂真響應(yīng)；基本領(lǐng)帶器件起低通元件作用，其頻率特性包括：截止頻率、通