PCB 被動組件的隱藏特性解析

傳統上，EMC一直被視為「黑色魔術（black magic）」。其實，EMC是可以藉由數學公式來
理解的。不過，縱使有數學分析方法可以利用，但那些數學方程式對實際的EMC電路設計
而言，仍然太過復雜了。幸運的是，在大多數的實務工作中，工程師并不需要完全理解那些
復雜的數學公式和存在于EMC規范中的學理依據，只要藉由簡單的數學模型，就能夠明白
要如何達到EMC的要求。
本文藉由簡單的數學公式和電磁理論，來說明在印刷電路板（PCB）上被動組件（passive
component）的隱藏行為和特性，這些都是工程師想讓所設計的電子產品通過EMC標準時，
事先所必須具備的基本知識。
導線和PCB走線
導線（wire）、走線（trace）、固定架……等看似不起眼的組件，卻經常成為射頻能量的最佳
發射器（亦即，EMI的來源）。每一種組件都具有電感，這包含硅芯片的焊線（bond wire）、
以及電阻、電容、電感的接腳。每根導線或走線都包含有隱藏的寄生電容和電感。這些寄生
性組件會影響導線的阻抗大小，而且對頻率很敏感。依據LC 的值（決定自共振頻率）和
PCB走線的長度，在某組件和PCB走線之間，可以產生自共振（self-resonance），因此，形
成一根有效率的輻射天線。
在低頻時，導線大致上只具有電阻的特性。但在高頻時，導線就具有電感的特性。因為變成
高頻后，會造成阻抗大小的變化，進而改變導線或PCB 走線與接地之間的EMC 設計，這
時必需使用接地面（ground plane）和接地網格（ground grid）。
導線和PCB 走線的最主要差別只在于，導線是圓形的，走線是長方形的。導線或走線的阻
抗包含電阻R和感抗XL = 2πfL，在高頻時，此阻抗定義為Z = R + j XL j2πfL，沒有容抗
Xc = 1/2πfC存在。頻率高于100 kHz以上時，感抗大于電阻，此時導線或走線不再是低電
阻的連接線，而是電感。一般而言，在音頻以上工作的導線或走線應該視為電感，不能再看
成電阻，而且可以是射頻天線。