关键电路的EMC设计课件

关键电路关键电路EMC设计技术设计技术关键电路EMC设计技术1目目 录录干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计拨码开关及键盘电路抗干扰设计拨码开关及键盘电路抗干扰设计目 录干扰抑制设计2时钟信号沿的设计时钟信号沿的设计在满足产品功能要求的情况下，沿尽可能缓；如右图所示，使沿变缓的方法是增大电阻R和电容C的值；所以，单板原理图设计时，在时钟信号的输出端串联一个电阻R，此电阻同时可以用来进行匹配（见后续描述）；电容C的实现可以采用在PCB设计时预留焊盘或通过信号线的对地分布电容来控制。时钟信号沿的设计在满足产品功能要求的情况下，沿尽可能缓；3时钟输出匹配设计时钟输出匹配设计时钟输出不匹配带来的危害：时钟输出不匹配带来的危害：信号不匹配会导致信号来回反射，反射信号会在原来信号上叠加，产生振铃或过冲，导致较为严重的辐射，如下图：时钟输出匹配设计时钟输出不匹配带来的危害：4时钟输出匹配设计时钟输出匹配设计通用的输出匹配方法：通用的输出匹配方法：一般器件的输出阻抗为十几个欧姆，而PCB板上的走线阻抗Z0范围为5090欧姆，导致非常严重的失配，一般采用串联一个电阻的方式进行匹配，电阻的选择可以在2251欧姆之间。时钟输出匹配设计通用的输出匹配方法：5时钟输出匹配设计时钟输出匹配设计时钟输出匹配后的改善：时钟输出匹配后的改善：从下图中的左图可以看出，原先的过冲没有了，所以右图中的频域辐射图得到了很大的改善。时钟输出匹配设计时钟输出匹配后的改善：6时钟输出或驱动器件的电源去耦设计时钟输出或驱动器件的电源去耦设计时钟器件的电源去耦方式一般为：磁珠10uF电容高频电容；高频电容的选择：根据时钟频率选择电容的容值，选择范围为：100pF0.1uF，典型值为1000pF。时钟输出或驱动器件的电源去耦设计时钟器件的电源去耦方式一般为7时钟输出或驱动器件的地设计时钟输出或驱动器件的地设计时钟器件的金属外壳在PCB设计时需要定义为地网络属性。时钟输出或驱动器件的地设计时钟器件的金属外壳在PCB设计时需8周期性窄带尖蜂噪声抑制方法周期性窄带尖蜂噪声抑制方法确认时钟线是否走内层，并且靠近地平面走线；如果时钟线走内层仍然辐射超标，则需要考虑下次改板时在时钟线两侧包地线。GND平面走线层包地线包地线周期性窄带尖蜂噪声抑制方法确认时钟线是否走内层，并且靠近地平9周期性窄带尖蜂噪声抑制方法周期性窄带尖蜂噪声抑制方法确认是否存在时钟线跨地平面分割走线的现象，跨分割会使得信号回路面积增大，如下图比较。在改板时一定要处理跨分割问题。周期性窄带尖蜂噪声抑制方法确认是否存在时钟线跨地平面分割走线10周期性窄带尖蜂噪声抑制方法周期性窄带尖蜂噪声抑制方法如下图，时钟源靠近负载的目的是使时钟走线即可能短；GND晶振RPCB周期性窄带尖蜂噪声抑制方法如下图，时钟源靠近负载的目的是使时11周期性窄带尖蜂噪声抑制方法周期性窄带尖蜂噪声抑制方法时钟线的粗细跳变会导致时钟信号出现阻抗失配问题，使时钟波形产生畸变，引起EMI问题；GND晶振R强烈的EMI源周期性窄带尖蜂噪声抑制方法时钟线的粗细跳变会导致时钟信号出现12周期性窄带尖蜂噪声抑制方法周期性窄带尖蜂噪声抑制方法时钟线换层过孔附近是否有地过孔。走线层地层地层走线层时钟线时钟线换层过孔周期性窄带尖蜂噪声抑制方法时钟线换层过孔附近是否有地过孔。走13总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计总线电路干扰抑制设计干扰抑制设计14总线信号沿的设计总线信号沿的设计对于可编程的总线输出芯片，建议使用软件控制其沿的陡度；对于不可编程的芯片，采用的方法同时钟源，但给每根总线都并电容的可能性不大，因为每根总线对地都有分布电容，所以增大右图中的R同样可以减缓信号上升沿。总线信号沿的设计对于可编程的总线输出芯片，建议使用软件控制其15总线信号输出匹配设计总线信号输出匹配设计匹配电阻的选择：22欧姆51欧姆。一般不建议采用阻排，因为阻排容易产生串扰，并且阻排之中如果有一个电阻故障，整个阻排都需要更换，成本大。总线信号输出匹配设计匹配电阻的选择：22欧姆51欧姆。16总线是否有匹配总线是否有匹配总线输出建议采用始端输出匹配电阻进行匹配，可以有效减小总线辐射，注意匹配电阻靠近驱动源放置；总线是否有匹配总线输出建议采用始端输出匹配电阻进行匹配，可以17非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法总线驱动和接收芯片的电源必须有良好的滤波电路，具体芯片：CPUFlashSDRAMVCC电容Bead非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法总线驱动和接收芯片的电源必18非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法上图为信号线换层过孔附近无地过孔（过孔距离较远）的情况，桔黄色虚线为回流面积区，下图为走线换层过孔附近有地过孔，可以看出下图较上图有较小的信号回流面积，所以辐射能大大减小。走线层地层地层走线层总线线时钟线换层过孔走线层地层地层走线层总线线时钟线换层过孔非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法上图为信号线换层过孔附近无19非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法走线粗细的跳变会导致信号出现阻抗失配问题，使信号波形产生畸变，引起EMI问题；强烈的EMI源非周期、密集型窄带尖蜂噪声抑制方法走线粗细的跳变会导致信号出20总线过孔处的地过孔设置是否合理总线过孔处的地过孔设置是否合理信号过孔附近无地过孔，回路面积变大增加了地过孔，回路面积变小，辐射得到抑制总线过孔处的地过孔设置是否合理信号过孔附近无地过孔，回路面积21各种各种PCB上总线的处理上总线的处理单层板上，总线簇两侧应加包地线；双层板上，总线簇两侧加包地线或者另外一层（非总线所在层）的总线投影区域内铺接地铜皮；多层板上，总线簇应靠近完整地平面走线，最好走内层。各种PCB上总线的处理单层板上，总线簇两侧应加包地线；22关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计关键IC的电源去耦设计干扰抑制设计23关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计无去耦设计的危害无去耦设计的危害关键IC的电源去耦设计无去耦设计的危害24关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计危害的解决方法危害的解决方法关键IC的电源去耦设计危害的解决方法25关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计如何进行去耦设计如何进行去耦设计采用磁珠低频电容高频电容的组合方式，其中：磁珠选择的原则DC阻值越小越好，百兆电阻越大越好；低频电容的一般取值为10uF；高频电容的取值一般为100pF0.1uF，典型值为1000pF。关键IC的电源去耦设计如何进行去耦设计26接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计接口电路干扰抑制设计干扰抑制设计27接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计接地设计接地设计接口电路干扰抑制设计接地设计28接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计滤波设计滤波设计接口电路干扰抑制设计滤波设计29接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计R可以有效的减小干扰电流的幅度，C可以将干扰迅速的泄放至大地中，避免对外干扰。电容必须接低阻抗且无任何噪声的“干净地”如果该接口传输高频信号，R和C都会对信号的质量有影响。接口电路干扰抑制设计R可以有效的减小干扰电流的幅度，C可以将30接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计31复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计干扰抑制设计32复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板复位按钮是静电非常敏感的电路，可以采用右图两种方法处理。其中电容的典型值为560pF，双向TVS管可以选择结电容较小的的管子，结电容在1000pF以下。此外，尽可能增加R进行限流。复位电路抗干扰设计面板复位按钮是静电非常敏感的电路，可以采用33面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计干扰抑制设计34面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计一、串联限流一、串联限流原理：采用串联电阻、磁珠或电感的方式进行ESD电流抑制。优点：电路简单、成本低廉。缺点：电阻太大时会对信号造成明显衰减，所以只能用于高输入阻抗、低速率的端口。面板指示灯抗干扰设计一、串联限流35面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计串联限流的串联限流的PCB设计方法：设计方法：限流电阻（磁珠、电感）不要太靠近接口。面板指示灯抗干扰设计串联限流的PCB设计方法：36面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计三、并联分流三、并联分流TVS或压敏电阻或压敏电阻原理：利用TVS和艳敏电阻的高压击穿箝位特性对电路进行ESD脉冲保护。优点：箝位电压稳定，保护性能好。缺点：成本昂贵，寄生电容较大。面板指示灯抗干扰设计三、并联分流TVS或压敏电阻37接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计干扰抑制设计38接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计在对接口连接器进行放电时，连接器内的插针极易耦合出静电电流；采取的措施：1、采用TVS管进行静电抑制（TVS管为瞬态抑制二极管），并使用限流电阻进行限流，如下图所示；2、选用抗静电能力较强的接口芯片。接口电路抗干扰设计在对接口连接器进行放电时，连接器内的插针极39接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计USB接口接口可以使用集成二极管与TVS管的模块，PCB尖端也可以作为一种辅助防护手段。接口电路抗干扰设计USB接口40接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计USB接口接口也可以采用带有EMI滤波功能的TVS阵列。接口电路抗干扰设计USB接口41接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计音频端口音频端口扬声器扬声器音频端口速率较低，可以采用压敏电阻的方式进行静电防护，L为磁珠，用来进行高频滤波。压敏电阻需要选择时需要考虑其寄生电容的容值，以便能够和磁珠共同构成LC滤波电路。接口电路抗干扰设计音频端口扬声器42接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计音频端口音频端口耳机耳机采用压敏和磁珠组合的方式进行防护，压敏用来泄流，磁珠用来进行限流和EMI滤波。接口电路抗干扰设计音频端口耳机43关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计关键IC的电源抗干扰设计干扰抑制设计44关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计四、并联分流四、并联分流并联并联高速开关二极管高速开关二极管原理：使外来脉冲泄放到电源或地上面，从而起到保护器件的目的。优点：反应速度快、寄生电容小。缺点：使用元器件较多，占PCB面积大。关键IC的电源抗干扰设计四、并联分流并联高速开关二极管45关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计并联高速开关二极管的PCB设计方法按照下图右图中的方式进行布线，以求减小残压。关键IC的电源抗干扰设计并联高速开关二极管的PCB设计方法46关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计五、并联火花间隙（五、并联火花间隙（PCB走线走线尖端）尖端）原理：采用右图中所示得PCB走线尖端方式，当有静电脉冲耦合时，尖端上得电荷密度会非常高，从而发生击穿，将静电能量泄放掉，达到保护内部电路得目的。优点：成本极低、实现容易。缺点：反应速度较慢，通常为10ns，并且残压很高，此外，这种方式受大气压、湿度、电极形状以及静电电压得高低影响很大，防护性能不稳定。关键IC的电源抗干扰设计五、并联火花间隙（PCB走线尖端）47面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计干扰抑制设计干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计总线电路干扰抑制设计关键关键IC的电源去耦设计的电源去耦设计接口电路干扰抑制设计接口电路干扰抑制设计抗干扰设计抗干扰设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计面板指示灯抗干扰设计接口电路抗干扰设计接口电路抗干扰设计关键关键IC的电源抗干扰设计的电源抗干扰设计拨码开关及键盘电路抗干扰设计拨码开关及键盘电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计干扰抑制设计48面板拨码开关电路抗干扰设计面板拨码开关电路抗干扰设计采用电容或TVS管限流电阻的方式进行静电干扰抑制。电容的典型值为560pF。面板拨码开关电路抗干扰设计采用电容或TVS管限流电阻的方式49键盘的ESD防护键盘键盘对于一些电镀的按键，一般发生ESD问题会比较多，需要采用并联电容或串电阻的方式进行ESD防护，从成本考虑不建议使用TVS或压敏电阻的方式，右图为一使用并联电容防护的电路图实例。键盘的ESD防护键盘50谢谢！51