PCB被动组件的隐藏特性解析

PCB 被动组件的隐藏特性解析

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。