先進emc的pcb設(shè)計和布局第8部分(編輯修改稿)
2024-07-23 06:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 器經(jīng)歷波動的噪聲電壓，引起電場發(fā)射。由于散熱器可能很大，并可能遠在PCB中OV平面之上，就可能成為發(fā)射的高效輻射器。 在IC或電源半導(dǎo)體內(nèi)，到散熱器的零散電容是連接電線和鉛框引起的，還可能來自其硅片金屬化模型(大于1GHz)。許多類型的電源晶體管將其一個端接(例如，集電極、漏極、陽極)連接到其金屬調(diào)整片或金屬體，這些相對大的金屬區(qū)域與它們裝配到其上的疏散熱器之間的零散電容，可以達到100pF。 如果散熱器連接到參考電壓點，就會向里面注入波動的電流，并取決于連接的阻抗和電流的幅度，還會經(jīng)歷波動的電壓。如果參考電壓點不是正確的點，則以這種方式注入到其中的噪聲電流可以引起自干擾或引起更多的發(fā)射。 來自散熱器的電場可以直接發(fā)射，引起輻射發(fā)射的問題，它們也可以與導(dǎo)體和金屬框架耦合，引起傳導(dǎo)發(fā)射的問題。如果散熱器引起發(fā)射問題，可能從散熱器耦合的外部電磁場產(chǎn)生抗擾性問題，在這里它可能耦合進IC或電源設(shè)備。因此，減少散熱器發(fā)射也可以改進抗擾性。沒有大于150kHz發(fā)射的低頻電路可能永遠不用使用這里描述的散熱技術(shù)來改進抗擾性。 對于良好的EMC (發(fā)射和抗擾性)，將散熱器連接到在第一地點實際引起波動電壓的半導(dǎo)體的參考電壓點，非常重要。在IC情況下，這是0V平面，在電源晶體管情況下，這是其引出電源的電壓橫桿之一，通常是經(jīng)過最低阻抗連接到設(shè)備的橫桿。連接方法、平面或電源橫桿在涉及到的最高頻率下具有低阻抗，這也很重要。在本節(jié)其余部分，將假設(shè)散熱器連接到PCB中的銅參考平面，這是控制大于幾個MHz的頻率所需要的。 這個技術(shù)可以認為是減少原來從IC或晶體管中的導(dǎo)體流入散熱器的零散電容電流的回路區(qū)域 (對于良好的EMC，最好總是使用最小的路徑長度和最小的回路區(qū)域，將零散電流返回到其起源的地方 路徑長度在涉及的最高頻率處，應(yīng)該遠小于λ/10，越短越好)。 除了最簡單的散熱器 (例如，矩形金屬塊)， 1GHz(或更到)一下的精確分析需要計算機模擬，并考慮下面因素： 散熱器幾何形狀 半導(dǎo)體類型和位置 到任何OV平面和/或基座的接近性 任何到參考點的連接的物理結(jié)構(gòu) 其連接到的參考點的物理特征 散熱器到實際發(fā)射源的接近性(例如，硅片及其結(jié)合電線和鉛框) 本節(jié)其余部分將詳細討論這些設(shè)計問題。 散熱RF共振 文獻[13]和[14]包含大量有用的散熱器共振信息，包括散熱器形狀和設(shè)備位置指南。當散熱器的任何維度的尺寸或它制造的一個或多個空穴的尺寸，超過涉及的最高頻率處的λ/10時，共振效應(yīng)才開始發(fā)生。當共振頻率碰巧與信號頻率或其諧振頻率一致時，來自散熱器的發(fā)射可以增加30dB或更多。最低的共振頻率由其最長的三維對角線的半波共振確定，例如，60mm管狀散熱器的首次（最低） GHz左右。文獻[7]討論可PCB與其基座之間、兩個PCB之間的空穴共振，其設(shè)計指南也可以用于散熱器制造的空穴。 方形或管狀散熱器傾向于在其結(jié)構(gòu)內(nèi)有最高的共振頻率，最好最低共振頻率高于涉及的最高頻率。但是，這類對稱形狀的散熱器傾向于在最低頻率處具有更高的Q，如果這些頻率在涉及的頻率內(nèi)（特別是在與時鐘諧振相同的頻率時），就會有問題。為避免這個問題，要制造成矩形的，不能太長太薄，避免簡單的長：寬：高比率(例如，1 : 2 : 3)，如圖8E。 在涉及的頻率范圍內(nèi)存在散熱共振的地方，IC或電源晶體管的最佳位置通常是散熱器的基座的中央，這也通常對于其熱性能也是最佳的。邊緣位置引起較大的共振增益和較高的發(fā)射。在翅片之間的通道中央最佳，直到通道本身共振為止 (但這一般遠高于基座共振的頻率)。垂直翅片減少其排列方向的共振增益(Q值)，因此，通常最好將翅片沿最長的、散熱器維度方向排列。垂直翅片增加多數(shù)/所有共振模態(tài)的共振增益，參見圖8F、 8G和8H。 將散熱結(jié)合到PCB平面 將散熱器結(jié)合到PCB中銅參考平面 (在信號處理IC情況下通常為OV平面)，一般能減少發(fā)射和增加最低共振的頻率 [15]、[16]、[17]、[18]。所有這些結(jié)合應(yīng)該短而直接，與裝配硬件（例如短的安裝桿）組合可能更有用。多個平面結(jié)合點應(yīng)該沿散熱器分布，以減少結(jié)合電感和提
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