EMC设计如何选择无源器件

        无源器件包含寄生电阻、电容和电感。在电磁兼容问题容易发生的高频段，这些寄生参数通常占主导地位，并使器件功能彻底发生变化。
        电子元器件按装配形式可分为有引脚元器件和无引脚元器件。有引脚线元器件有寄生效果，尤其在高频时，引脚形成了一个小电感，引脚的末端也能产生一个小的电容效应。因此，引脚的长度应尽可能短。与有引脚元器件相比，无引脚且表面贴装的元器件寄生效果要小一些。
        从电磁兼容性的角度看，表面贴装元器件效果最好，其次是放射状引脚元器件，最后是轴向平行引脚的元器件。
一、电阻的选用


        首先先说明几种最常见的电容类型及其特点。
        铝电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔制成的，如图1所示，这样可在单位体积内得到较大的电容值，但也使得该部分的内部感抗增加。

        图2
        绝缘材料的不同频响特性，意味着一种类型的电容会比另一种更适合于某种应用场合。铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。在中频范围内（从kHz到MHz），陶瓷电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。特殊的低损耗陶瓷电容（通常价格比较昂贵）和云母电容（结构与陶瓷电容类似，只是金属箔间的隔离层为云母片）适用于甚高频应用和微波电路。
        为得到最好的EMC特性，电容具有低的ESR（Equivalent Series Resistance，等效串联电阻）值是很重要的，因为它会对骚扰信号造成大的衰减，特别是在应用频率接近电容谐振频率的场合。
1.旁路电容
        了旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的高频能量。了旁路电容一般作为高频分路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。通常铝电解电容和钽电容比较适合做板级直流电源的旁路电容，其电容值取决于PCB上的瞬态电流需求，一般为10～470μF。若PCB上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量电容。
        旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减小阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源引脚和接地引脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。
2.去耦电容
        有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播，以及将噪声引导到地。
        旁路电容和去耦电容都应尽可能放在靠近电源输入处，以帮助滤除高频噪声。为了得到更好的EMC特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC），否则布线阻抗将减弱去耦电容的性能。
        选择去耦电容时，除了考虑电容值外，ESR值也会影响去耦能力。为了更好地去耦，应该选择ESR值低于1Ω的电容。
        另一个影响去耦效力的因素是电容的绝缘材料（电介质），如图3所示。

        图4
        需要注意的是数字电路的去耦，低的ESR值比谐振频率更为重要，因为低的ESR值可以提供更低阻抗的到地通路，这样当超过谐振频率的电容呈现感性时仍能提供足够的去耦能力。
3.三端电容和穿心电容
        在实际工程中，要滤除的电磁噪声频率往往高达数百兆赫兹，甚至超过1GHz。对这样的高频电磁噪声必须使用三端电容或穿心电容才能有效地将其滤除。普通电容不能有效地滤除高频噪声有两个原因：一个原因是电容引线电感造成电容谐振，对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用；另一个原因是导线之间的寄生电容使高频信号发生耦合，降低了滤波效果。        
        三端电容的外形、表示符号及插入损耗分别如图5和图6所示。

        图6
        与两端电容相比，三端电容信号引脚的特殊结构，决定了同样材料和容量的三端电容比两端电容具有更低的等效串联阻抗和更高的谐振频率。通常情况下，两端贴片陶瓷电容适用于电源线滤波和去耦，三端贴片陶瓷电容适用于信号线的滤波。
        三端电容也有其不足，三端电容信号（输入、输出引脚）之间的寄生电容，会造成输入、输出引脚之间的高频耦合，接地脚PCB布线上的分布电感会造成滤波效果的下降。如图7所示。

        图8        

        表1


        实际中许多电路为感性负载，在高速开关电流的作用下，系统中产生瞬态尖峰电流。二极管是抑制尖峰噪声最有效的器件之一。
        在控制应用中，无论有刷电机还是无刷电动机，当电动机运行时，都将产生电刷噪声或运行噪声，因此需要噪声抑制二极管。为了改进噪声抑制效果，二极管应尽量靠近电动机电源接点。
        在电源输入电路中，需要用TVS或压敏电阻（MOV）进行噪声抑制。
        信号连接接口的EMI问题之一是静电放电（ESD）。屏蔽电缆和连接器可用于保护信号不受外界静电的干扰。使用TVS或变阻器保护信号线也可达到同样的目的。
        典型的二极管特性和应用如表2所示。
        表2