（來源：Oskars Bormanis）

使用快速處理器、具有強大計算能力的微控制器以及使用最新無線通信標準的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行設(shè)計是一項重大任務(wù)。盡管如此，音響系統(tǒng)設(shè)計仍需要同時使用有源和無源元件。

您可能會問自己為什么無源元件在現(xiàn)代設(shè)計中必不可少。由于我們大多數(shù)人都認為無線通信是理所當然的，因此頻率在千兆赫茲范圍內(nèi)的無線電波無處不在。此外，我們在不斷縮小的空間中對巨大計算能力的需求導(dǎo)致我們的日常設(shè)備中嵌入了高時鐘頻率。最后，我們的口袋里和我們周圍的任何地方都有射頻 (RF) 輻射。考慮到電子電路對 RF 噪聲的敏感性，干擾應(yīng)該很常見，從而導(dǎo)致故障。

那么，為什么現(xiàn)代電子產(chǎn)品能正常工作呢？答案：現(xiàn)代更新的無源器件有助于屏蔽敏感電子設(shè)備并將電磁干擾 (EMI)（也稱為射頻干擾 (RFI)）的不良影響降低到可接受的水平。無源元件隨著制造技術(shù)的改進和對支持現(xiàn)代電子需求的基礎(chǔ)物理學(xué)的更好理解而發(fā)展。與各種電磁設(shè)備相結(jié)合，無源元件允許高功率（有源）處理器、存儲器和發(fā)射器駐留在他們的榮耀。

奇怪的是，許多工程師事后才選擇無源器件是一種常見的做法。他們只是從標準組件列表中挑選它們。這種做法不足以滿足高頻放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器或其他具有挑戰(zhàn)性的電路的要求。選擇必要的無源元件以獲得指定的性能水平至關(guān)重要。在這里，我們將詳細說明如何為您的設(shè)計選擇合適的無源元件。

無源元件的作用

電阻器、電感器、電容器、鐵氧體磁珠和變壓器等無源器件既不產(chǎn)生能量，也不需要電源來運行。根據(jù)定義，它們不會放大電信號，也無法控制電路。這些組件可以衰減或控制信號、導(dǎo)致相移或產(chǎn)生反饋。

任何現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心都是帶有連接器以及無源和有源元件的印刷電路板 (PCB)。設(shè)備通過嵌入電路板材料（樹脂等非導(dǎo)電材料）或放置在表面上的導(dǎo)電路徑連接。以下是一些可最大限度減少噪聲及其不利影響的基本 PCB 設(shè)計規(guī)則：

信號走線應(yīng)盡可能細。為減少電容耦合（常見的噪聲源），路徑厚度應(yīng)小于 8 毫米。

相鄰跡線之間的間隔應(yīng)大于跡線的寬度；否則，它們之間可能會發(fā)生嚴重的串擾。

急彎，例如 90 度轉(zhuǎn)彎，會造成干擾，應(yīng)避免。

應(yīng)避免在振蕩器下方運行任何跡線。

由于數(shù)字電路產(chǎn)生的高頻數(shù)字噪聲會引起各種電路的錯誤，因此應(yīng)將數(shù)字和模擬元件充分分開。

大多數(shù)常見的 PCB 設(shè)計工具會指出違反這些規(guī)則的行為并提供替代方案。

選擇無源元件

電阻器

可以說，最常見的無源元件是電阻器。它用于阻抗匹配和偏置，無論是繞線電阻、碳復(fù)合電阻還是薄膜電阻。在高頻下，繞線電阻器（基本上是線圈）會產(chǎn)生感性。盡管薄膜電阻器由在高頻下也會感性的金屬薄膜環(huán)路組成，但它們?nèi)钥捎糜谀承└哳l電路中。由于電阻器的端蓋彼此平行，因此它們也會產(chǎn)生電容。高歐姆電阻器的電容似乎與其電阻并聯(lián)存在。在高頻下，高值電阻器可以具有較低的阻抗。

電容器

電容器本身通過兩個或多個由電介質(zhì)隔開的導(dǎo)電板以靜電方式將能量存儲為電荷。電子設(shè)計人員使用電容器在電源線和信號線處進行濾波和去耦。然而，在高頻下，它們也往往表現(xiàn)得很奇怪。電解電容器和薄膜電容器會產(chǎn)生寄生電感和諧振，從而損害射頻性能。當寄生電阻與電容器極板的電阻結(jié)合時，它們實際上會產(chǎn)生等效串聯(lián)電阻 (ESR)。為了實現(xiàn)紋波和噪聲抑制，去耦電容器必須具有低 ESR。極板尺寸較小的陶瓷電容器具有較小的自感。此外，它們在高頻范圍內(nèi)提供穩(wěn)定性，并為去耦集成電路提供合適的解決方案。Würth Elektronik 的WCAP-CSRF具有 0.20pf 至 33pF 電容范圍和 25V DC至 50V DC額定電壓。由于高溫級鋁/鉭電容器（例如Würth Elektronik的H-Chip 鋁聚合物電容器）具有穩(wěn)定的溫度和偏置特性，因此這些器件非常適用于去耦電源線。

電感器

另一種不同類型的儲能裝置是電感器，基本上是一個線圈。理想的電感器可以無限期地存儲并且不會散失熱量；該設(shè)備稱為無損。實際上，電感器具有不理想的特性。每根導(dǎo)線都有一個特定的電阻，隨著導(dǎo)線的匝數(shù)接觸，寄生諧振電容形成并限制上限頻率。Würth Elektronik 的WE-MK多層電感器系列是一種熱穩(wěn)定性非常高的電感器，在 -40°C 至 +120°C 的溫度范圍內(nèi)幾乎沒有電感變化。

結(jié)論

有源和無源元件的正確組合是良好系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。使用從電源引腳到地的并聯(lián)電容器可最大限度地減少噪聲。并聯(lián)設(shè)置的不同電容值可在很寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)低交流阻抗。由于在較低頻率下，較大值的電容器呈現(xiàn)低阻抗接地路徑，因此可以通過使用其他值來獲得頻率范圍內(nèi)的低阻抗。通過適當考慮選擇無源和有源元件，可以消除高頻設(shè)計中任何不必要的寄生效應(yīng)。

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