元件的選擇和電路設(shè)計(jì)是影響板級(jí)電磁兼容性性能的主要因素。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。下面將討論一些常見(jiàn)的用來(lái)減少或抑制電磁兼干擾的電子元件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)。

有兩種基本的電子元件組：有引腳元件和無(wú)引腳元件。

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，引腳應(yīng)盡可能的短。

與有引腳的元件相比，無(wú)引腳且表面貼裝的元件的寄生效應(yīng)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。

1．電阻

由于表面貼裝元件具有低寄生參數(shù)的特點(diǎn)，因此，表面貼裝電阻總是優(yōu)于有引腳電阻。對(duì)于有引腳的電阻，應(yīng)首選碳膜電阻，其次是金屬膜電阻，最后是線繞電阻。

由于在相對(duì)低的工作頻率下(約MHz數(shù)量級(jí))，金屬膜電阻是主要的寄生元件，因此其適合用于高功率密度或和高準(zhǔn)確度的電路中。

線繞電阻有很強(qiáng)的電感特性，因此在對(duì)頻率敏感的應(yīng)用中不能用它。它最適合用在大功率處理的電路中。

在放大器的設(shè)計(jì)中，電阻的選擇非常重要。在高頻環(huán)境下，電阻的阻抗會(huì)因?yàn)殡娮璧碾姼行?yīng)而增加。因此，增益控制電阻的位置應(yīng)該盡可能的靠近放大器電路以減少電路板的電感。

在上拉/下拉電阻的電路中，晶體管或集成電路的快速切換會(huì)增加上升時(shí)間。為了減小這個(gè)影響，所有的偏置電阻必須盡可能靠近有源器件及它的電源和地，從而減少PCB連線的電感。

在穩(wěn)壓(整流)或參考電路中，直流偏置電阻應(yīng)盡可能地靠近有源器件以減輕去耦效應(yīng)(即改善瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間)。

在RC濾波網(wǎng)絡(luò)中，線繞電阻的寄生電感很容易引起局部振蕩，所以必須考慮由電阻引起的電感效應(yīng)。

2．電容

由于電容種類繁多，性能各異，選擇合適的電容并不容易。但是電容的使用可以解決許多EMC問(wèn)題。下面將介紹幾種最常見(jiàn)的電容類型、性能及使用方法。

鋁質(zhì)電解電容通常是在絕緣薄層之間以螺旋狀纏繞金屬箔而制成，這樣可在單位體積內(nèi)得到較大的電容值，但也使得該部分的內(nèi)部感抗增加了。

鉭電容由一塊帶直板和引腳連接點(diǎn)的絕緣體制成，其內(nèi)部感抗低于鋁電解電容。

陶質(zhì)電容是在陶瓷絕緣體中包含多個(gè)平行的金屬片制成的。其主要的寄生為片結(jié)構(gòu)的感抗，并且通常這將在低于MHz的區(qū)域造成阻抗。

不同絕緣材料的不同頻響特性意味著，一種類型的電容會(huì)比另一種更適合于某種應(yīng)用場(chǎng)合。鋁電解電容和鉭電解電容適用于低頻終端，主要是存儲(chǔ)器和低頻濾波器領(lǐng)域。在中頻范圍內(nèi)(從KHz到MHz)，陶質(zhì)電容比較適合，常用于去耦電路和高頻濾波。特殊的低損耗(通常價(jià)格比較昂貴)陶質(zhì)電容和云母電容適合于超高頻應(yīng)用和微波電路。

為得到最好的EMC特性，電容具有低的ESR (Equivalent Series Resistance，等效串聯(lián)電阻)值是很重要的，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)信號(hào)造成大的衰減，特別是在應(yīng)用頻率接近電容諧振頻率的時(shí)候。

a )旁路電容

旁路電容的主要功能是產(chǎn)生一個(gè)交流分路，從而消除進(jìn)入敏感區(qū)的那些不需要的能量。旁路電容一般作為高頻旁路器件來(lái)減小對(duì)電源模塊瞬態(tài)電流的需求。通常，鋁電解電容和鉭電容比較適合作旁路電容，其電容值取決于PCB板上的瞬態(tài)電流的需求，一般在10至470µF范圍內(nèi)。若PCB板上有許多集成電路、高速開(kāi)關(guān)電路和具有長(zhǎng)引線的電源，則應(yīng)選擇大容量的電容。

b )去耦電容

有源器件在開(kāi)和關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是給有源器件提供一個(gè)局部的直流電源，以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播并將噪聲引導(dǎo)到地。

實(shí)際上，旁路電容和去耦電容都應(yīng)該盡可能放在靠近電源輸入端以幫助濾除高頻噪聲。去耦電容的取值大約是旁路電容的1/100到1/1000。為了得到更好的EMC特性，去耦電容還應(yīng)盡可能地靠近每個(gè)集成塊(IC)，因?yàn)椴季�阻抗將減小去耦電容的效力。

陶瓷電容常被用來(lái)去耦，其值決定于最快信號(hào)的上升時(shí)間和下降時(shí)間。例如，對(duì)一個(gè)33MHz的時(shí)鐘信號(hào)，可使用4.7nF到100nF的電容；對(duì)一個(gè)100MHz時(shí)鐘信號(hào)，可使用10nF的電容。

選擇去耦電容時(shí)，除了考慮電容值外，還要考慮ESR值。為了去耦，應(yīng)該選擇ESR值低于1Ω姆的電容。

c )電容諧振

接下來(lái)簡(jiǎn)單討論一下如何根據(jù)諧振頻率選擇旁路電容和去耦電容的值。電容在低于諧振頻率時(shí)呈現(xiàn)容性，而后，電容會(huì)因?yàn)橐�長(zhǎng)度和布線自感呈現(xiàn)感性。表1列出了兩種陶瓷電容的諧振頻率，一種具有標(biāo)準(zhǔn)的0.25英寸的引腳和3.75nH的內(nèi)部互連自感，另一種為表面貼裝型具有1nH的內(nèi)部自感。可以看出，表面貼裝型的諧振頻率是通孔插裝型的兩倍。

電容的諧振頻率
電容值      通孔插裝（0.25線）   表面貼裝（0805）
1.0µF           2.5MHz                5MHz
0.1µF           8MHz                  16MHz
0.01µF          25MHz                 50MHz
1000pF         80MHz                 160MHz
100pF          250MHz                500MHz
10pF           800MHz                1.6GHz

另一個(gè)影響去耦效力的因素是電容的絕緣材料(電介質(zhì))。去耦電容的制造中常使用鋇鈦酸鹽陶瓷(Z5U)和鍶鈦酸鹽(NPO)兩種材料。Z5U具有較大的介電常數(shù)，諧振頻率在1MHz到20MHz之間。NPO具有較低的介電常數(shù)，但諧振頻率較高(大于10MHz)。因此Z5U更適合用作低頻去耦，而NPO用作50MHz以上頻率的去耦。

常用的做法是將兩個(gè)去耦電容并聯(lián)。這樣可以在更寬的頻譜分布范圍內(nèi)降低電源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲。多個(gè)去耦電容的并聯(lián)能提供6dB增益，以抑制有源器件開(kāi)關(guān)造成的射頻電流。多個(gè)去耦電容不僅能提供更寬的頻譜范圍，而且能提供更寬的布線以減小引線自感，因此也就能更有效的改善去耦能力。兩個(gè)電容的取值應(yīng)相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以提供更有效的去耦(如0.1µF + 0.001µF并聯(lián))。

需要注意的是數(shù)字電路的去耦，低的ESR值比諧振頻率更為重要，因?yàn)榈偷腅SR值可以提供更低阻抗的到地通路，這樣當(dāng)超過(guò)諧振頻率的電容呈現(xiàn)感性時(shí)仍能提供足夠的去耦能力。

3．電感

電感是一種可以將磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)的元件，其固有的、可以與磁場(chǎng)互相作用的能力使其潛在地比其它元件更為敏感。和電容類似，巧妙地使用電感也能解決許多EMC問(wèn)題。下面是電感的兩種基本類型：開(kāi)環(huán)和閉環(huán)。它們的不同在于內(nèi)部的磁場(chǎng)環(huán)。在開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)空氣閉合；而閉環(huán)設(shè)計(jì)中，磁場(chǎng)通過(guò)磁芯完成磁路。

電感相對(duì)于電容和電阻的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它沒(méi)有寄生感抗，因此其表面貼裝類型和引線類型沒(méi)有什么差別。

開(kāi)環(huán)電感的磁場(chǎng)穿過(guò)空氣，這將引起輻射并帶來(lái)電磁干擾(EMI)問(wèn)題。在選擇開(kāi)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(chǎng)將被控制在磁芯(即磁體內(nèi)的局部磁場(chǎng))。

對(duì)閉環(huán)電感來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)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(lái)的附帶場(chǎng)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(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體磁芯電感用于高頻場(chǎng)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(chǎng)合(幾十KHz)，而鐵氧體芯電感常應(yīng)用于高頻場(chǎng)合(MHz)。所以鐵氧芯感應(yīng)體更適合于EMC應(yīng)用。

在EMC的特殊應(yīng)用中，有兩類特殊的電感：鐵氧體磁珠和鐵氧體夾。

鐵氧體磁珠是單環(huán)電感，通常單股導(dǎo)線穿過(guò)鐵氧體材料而形成單環(huán)。這種器件在高頻范圍的衰減為10dB，而直流的衰減量很小。

類似鐵氧體磁珠，鐵氧體夾在高達(dá)MHz的頻率范圍內(nèi)的共模(CM)和差模(DM)的衰減均可達(dá)到10dB至20dB。

在DC-DC變換中，電感必須能夠承受高飽和電流，并且輻射小。線軸式電感具有滿足該應(yīng)用要求的特性。在低阻抗的電源和高阻抗的數(shù)字電路之間，需要LC濾波器，以保證電源電路的阻抗匹配。

電感最廣泛的應(yīng)用之一是用于交流電源濾波器。在AC電源濾波器中，共模扼流圈既能通過(guò)其初級(jí)電感線圈實(shí)現(xiàn)差分濾波，又能通過(guò)其次級(jí)電感線圈實(shí)現(xiàn)共模濾波。對(duì)于50Ω的終端阻抗，典型的EMI濾波器在差分模式能降低50dB/十倍頻程，而在共模降低為40dB/十倍頻程。

4．二極管

二極管是最簡(jiǎn)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(wèn)題。許多電路為電感負(fù)載，在高速開(kāi)關(guān)電流的作用下，系統(tǒng)中產(chǎn)生瞬態(tài)尖峰電流。二極管是抑制尖峰電壓噪聲源的最有效的器件之一。

在汽車控制應(yīng)用中，無(wú)論有刷還是無(wú)刷電機(jī)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，都將產(chǎn)生電刷噪聲或換向噪聲。因此需要噪聲抑制二極管，為了改進(jìn)噪聲抑制效果，二極管應(yīng)盡量靠近電機(jī)接點(diǎn)。在電源輸入電路中，需要用TVS或高電壓變阻器進(jìn)行噪聲抑制。

信號(hào)連接接口的EMI問(wèn)題之一是靜電釋放(ESD)。屏蔽電纜和連接器用于保護(hù)而不受外界靜電的干擾。另一種方法是使用TVS或變阻器保護(hù)信號(hào)線。

進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.freescale.com.cn/download_center/count/mcu/EMC_AN2321.asp，或參照英文原文《Designing for Board Level Electromagnetic Compatibility》編號(hào)AN2321/D，具體鏈接為http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_note/AN2321.pdf。