什么是楞次定律以及它如何影響PCB設(shè)計(jì)？

楞鏡法是什么？
如果您需要更新物理基礎(chǔ)知識(shí)，Lenz Law指出任何感應(yīng)電磁場(chǎng)（反電動(dòng)勢(shì)）都會(huì)產(chǎn)生與變化相反的電流和磁場(chǎng)。這個(gè)理論可以通過Lenz Law方程簡(jiǎn)化：

等式上的負(fù)號(hào)表示當(dāng)磁通量與感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)的變化相反時(shí)發(fā)生的相反變化。

楞次定律還可以從另一個(gè)角度表達(dá)，其中感應(yīng)電流在與引起它的變化相反的方向上流動(dòng)，這一概念使您更接近Lenz Law在PCB設(shè)計(jì)中的影響。

Lenz Law，Back-EMF和Inductor Coil

圖1：電感器通電

      簡(jiǎn)單的Lenz Law演示可以通過簡(jiǎn)單連接直流電池，開關(guān)和電感線圈進(jìn)行安排，如上圖所示（圖1 ）。當(dāng)開關(guān)閉合，形成完整的電路時(shí)，電流以逆時(shí)針方式流動(dòng)。根據(jù)Lenz定律，電感器上的電磁場(chǎng)將在與電池引起的電流相反的方向上被感應(yīng)。

圖2：電感器斷電

      當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)在電感器處積聚時(shí)，開關(guān)打開，電路斷開，正如倫茨法強(qiáng)調(diào)的那樣，感應(yīng)電流總是反對(duì)改變它的因素。結(jié)果，當(dāng)電感器試圖繼續(xù)電流流動(dòng)時(shí)，電感器處的磁場(chǎng)改變方向和極性。當(dāng)電路斷開時(shí)發(fā)生的相反電磁場(chǎng)稱為反電動(dòng)勢(shì)。

電磁兼容性（EMC）是指產(chǎn)品在其環(huán)境中發(fā)揮作用而不會(huì)引入電磁干擾的能力。所以產(chǎn)品必須：
1.容忍特定程度的干擾。
2.不會(huì)產(chǎn)生超過指定數(shù)量的干擾。
3.自我兼容。

EMC是EMI的控制，如下所述：
電磁干擾（EMI）是由于電磁感應(yīng)或電磁輻射而影響電路的干擾。
電磁噪聲是我們上面討論的干擾，它是由快速電流和電壓變化產(chǎn)生的。

EMC來源我們不需要談?wù)撾姶蓬l譜來了解圍繞EMC的困難源于兩個(gè)方面：

1.排放
在這里，我談?wù)摰氖怯山M件或跡線產(chǎn)生的不必要的能量，這些能量會(huì)干擾其他組件和跡線等。設(shè)計(jì)人員專注于小化或阻止這種情況。他們可能只是開始并開展業(yè)務(wù)，但想到他們周圍亂搞的所有組件？

2.感受性
      這是來自上述發(fā)射釋放器的不需要的能量（噪聲）的受害者的組件或跡線。這是正常的組件，只是做它的工作，他們，他們受到電磁干擾的轟炸，導(dǎo)致各種各樣的破壞。設(shè)計(jì)師可能想要移動(dòng)這些組件或找到增強(qiáng)它們的方法，這樣它們就不會(huì)受到影響。

確保可接受的EMC的四個(gè)步驟：

1.了解電磁兼容emc的要求和環(huán)境。
2.檢查排放標(biāo)準(zhǔn)和易感性水平 - 威脅如何適用于這些標(biāo)準(zhǔn)？
3.符合性設(shè)計(jì) - 確保在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中牢記合規(guī)性要求。
4.分析和測(cè)試合規(guī)性 - 在制造之前使用您的設(shè)計(jì)工具。

確保它可以：
1.對(duì)關(guān)鍵布線和部件執(zhí)行適當(dāng)?shù)囊?guī)則檢查。
2.確保規(guī)則檢查得到充分記錄（解釋并提出糾正建議）。
3.支持閾值并允許加權(quán)。
4.允許快速分析和深入分析。

電磁兼容EMC快速設(shè)計(jì)技巧

1.將去耦電容放置在盡可能靠近IC電源引腳的位置。如果您接線而不是使用過孔，請(qǐng)確保接線盡可能短。
2.使用時(shí)鐘接線，盡可能短，以避免潛在的天線。
3.消除隔離的銅區(qū)域以避免潛在的天線。將任何隔離的銅區(qū)域連接到地。
4.當(dāng)您使用電源和接地網(wǎng)時(shí)，請(qǐng)盡量減少環(huán)路區(qū)域，因?yàn)樗鼈兛梢猿洚?dāng)外部噪聲的接收天線。
5.監(jiān)控接線的接近度，這很容易產(chǎn)生噪聲，以便接線到易于接收噪聲的接線。間隙不足會(huì)導(dǎo)致“串?dāng)_”（當(dāng)一個(gè)信號(hào)對(duì)另一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生不良影響時(shí)）。
 

反電動(dòng)勢(shì)是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因?yàn)樗a(chǎn)生了轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的相反磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)中的反電動(dòng)勢(shì)總是假定電壓值幾乎相同。

反電動(dòng)勢(shì)的破壞作用及預(yù)防
雖然反電動(dòng)勢(shì)可以成為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，但它也可能是導(dǎo)致PCB出現(xiàn)多重問題的威脅。PCB設(shè)計(jì)中常見的電感元件之一是機(jī)械繼電器。機(jī)械繼電器由感應(yīng)線圈組成，感應(yīng)線圈在通電時(shí)變?yōu)殡姶拧?

通電機(jī)械繼電器通常是無害的，但是當(dāng)繼電器釋放時(shí)，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)影響硬件的穩(wěn)定性。例如，微控制器可能在每次釋放繼電器時(shí)都經(jīng)歷硬復(fù)位，或者反電動(dòng)勢(shì)可能以相反的極性引入足夠大的電流以損壞直接組件。

下面的原理圖（圖3 ）顯示了一個(gè)已經(jīng)斷電的機(jī)械繼電器。在繼電器的感應(yīng)線圈處感應(yīng)的反電動(dòng)勢(shì)試圖在繼電器通電時(shí)保持電流的流動(dòng)。由于晶體管現(xiàn)在處于“關(guān)閉”狀態(tài)，如果增加的正電壓超過結(jié)的擊穿電壓，則可能導(dǎo)致?lián)p壞。

圖3：繼電器斷電，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)

       如果您正在連接直流電機(jī)以打開繼電器的觸點(diǎn)，則反電動(dòng)勢(shì)也會(huì)在繼電器上產(chǎn)生電弧，由于直流電動(dòng)機(jī)由感應(yīng)線圈制成，因此在斷開連接時(shí)應(yīng)用相同的倫茨定律理論。當(dāng)反EMF試圖保持減小的電流時(shí)，高反向電位可能引起繼電器觸點(diǎn)的間隙上的電弧放電。這種現(xiàn)象可能會(huì)引起電磁干擾（EMI），從而影響硬件穩(wěn)定性。

      減輕反電動(dòng)勢(shì)影響的簡(jiǎn)單方法是使用反激式二極管，這是通過在線圈通電時(shí)以相反的極性在感應(yīng)線圈上放置二極管來完成的，當(dāng)線圈斷電時(shí)，二極管變?yōu)檎蚱茫峁┌踩烹姺措妱?dòng)勢(shì)的路徑，而不會(huì)影響其他附近的元件。

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