的电磁兼容设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,杨继深 2004年5月 电话：,*,第六章 PCB的电磁兼容设计,线路板上的电磁兼容问题,线路板的辐射,外界电磁场对线路板的干扰,地线和电源线噪声,地线引起的公共阻抗耦合,走线之间的串扰,走线是主要辐射源,时钟频率越高辐射越强,地线和电源线上的噪声,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,R,4,R,2,R,3,R,1,V,CC,被驱动电路,I,CC,I,驱动,I,充电,I,放电,I,g,V,g,电源线、地线噪声电压波形,输出,I,CC,V,CC,Ig,V,g,地线干扰对电路的影响,1,3,2,4,寄生电容,线路板走线的电感,L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5,H,W,S,L = ( L,1,L,2,- M,2,) / ( L,1,+ L,2,- 2M ),若：L,1,= L,2,L= ( L,1,+ M ) / 2,M,I,I,地线网格,电源线噪声的消除,V = L(di/dt),储能电容,这个环路尽量小,电源解耦电容的正确布置,尽量使电源线与地线靠近,解耦电容的选择,C =,dI dt,dV,Z,f,1/2, LC,各参数含义：,在时间dt内，电源线上出现了瞬间电流dI，dI导致了电源线上出现电压跌落dV。,增强解耦效果的方法,电源,地,铁氧体,注意铁氧体安装的位置,接地线面,细线,粗线,用铁氧体增加电源端阻抗,用细线增加电源端阻抗,有效滤波的例子,普通电容（1,）,三端电容（0.1,）,三端电容 + 铁氧体,注意位置！,多个电容改善解耦效果,选择合适的电容种类,插线电容 表贴电容,线路板的两种辐射机理,差模辐射,共模辐射,电流环,杆天线,实际电路的辐射,Z,G,Z,L,V,Z,C,= Z,G,+ Z,L,近场：Z,C, 7.9 D f E = 7.96VA / D,3,（V/m）,Z,C, 7.9 D f ， E = 63 I A f / D,2,（ V/m）,H = 7.96IA / D,3,（ A/m）,远场：,E = 1.3 I A f,2,/D （ V/m）,环路面积 = A,I,常用的差模辐射预测公式,考虑地面反射时：,E = 2.6 I A f,2,/D （ V/m）,脉冲信号差模辐射的频谱,频谱包络线,差模辐射频率特性线,脉冲的差模辐射包络线,1/,d 1/t,r,40dB/dec,f,f,f,- 20dB/dec,- 40dB/dec,E = 2.6 I A f,2,/D,E,dB,= 20lg（2.6 I A /D）,+40lg f,40dB/dec,20dB/dec,不同逻辑电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积,仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射，乘以,N 。因此，可能时，分散时钟频率。,减小差模辐射的方法,E = 2.6 I A f,2,/ D,低通滤波器,布线,控制高频信号的回路,电路中的强辐射信号,1 10 100 1000,1 10 100 1000,dB,V/m,dB,V/m,所有电路加电工作,只有时钟电路加电工作,控制回路面积是布线的主要目的,L=20cm,减小面积降低辐射,L=10cm,L=5cm,单层或双层板如何减小环路的面积,不良布线举例一,不良布线举例二,68HC11,74HC00,A,B,连接A、B,E时钟,随便设置的地线没有用,在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？,地线对辐射的影响,地线对辐射的影响,多层板能减小辐射,信号1,电源层,地线层,信号2,低频,高频,地线面上的缝隙的影响,模拟地,数字地,A/D变换器,L,75mm,25mm,L : 0 10cm,V,AB,: 15 75mV,A,B,注意过孔的阻抗,1.5mm,PGA,128-pin,C/4,PGA,六层板的设计,好,不好,好,不好,这种非典型布线具有最好的电磁兼容特性,注意方向,八层板的设计,较好,最好,差,很好,很好,电源很好,注意方向,十层板的设计,很好,很好,较好,注意方向,线路板边缘的一些问题,关键线（时钟、射频等）,产生较强辐射,无地线,电源层,地线层,20H,扁平电缆的使用,最好,较好,差,较好，但端接困难,避免面积较大的地线回路,地线,一部分信号回流经过ABCD,A,B,C,D,扁平电缆,这两处都有地线,注意隐蔽的辐射环路,电源/地线,信号线,电源/地线,信号线,电源,信号线+电源+地线,电源/地线,电源,直流线的辐射,线,路,板,1,线,路,板,2,线,路,板,3,直流线也会产生射频辐射,外拖电缆的共模辐射,I,2,C,P,I,3,I,1,C,P,尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大，,仍然是主要的辐射因素,“无关”的电缆也辐射,无关电缆辐射机理,V,CM,机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！,地线也辐射,不接地线,接上地线,你喜欢,电缆屏蔽层接地吗 ?,地线辐射产生的原因,地线噪声,电源线电感,信号回路,电源回路,共模电流估算（两端设备都接地的情况）,L,R,W,线路板不接地：Z,CM,= R,W,+ j,L+ R,L,+ 1/,j,C,C,P,I,CM,R,W,L,R,L,线路板接地：Z,CM,= R,W,+ j,L+ R,L,1,H/m,V,0,共模电流主要由寄生电容产生,V,0,/ R,L,线路板接地,线路板不接地,C,P,较大,C,P,较小,频率MHz,共模,电流,悬浮电缆,I,CM,近场区内:,E = 1430I L / (,f D,3,) V/m,远场区内:,E = 0.63,I L f /,D V/m,考虑地面反射：,E = 1.26,I L f /,D V/m,L /2或/4时：,E = 120I /,D V/m,电缆长度：L,共模电流的测量,电流卡钳,频谱分析仪,V,dB,V,I,CM,被测电流 I,V,传输阻抗：Z,T,= V / I,怎样减小共模辐射,E = 1.26,I L f /,D,共模滤波,共模扼流圈,减小共模电压,使用尽量短的电缆,共模滤波,电缆屏蔽,实验电路的辐射,改善地线减小共模电压,减小空间感应的共模电压,两个措施同时采取,滤波器滤除高频成份,滤波器电容量的选择,R,负载,R,源,电容合适,电容过大,平衡接口电路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z,0,/2,Z,0,/2,增加共模回路的阻抗,PCB,PCB,共模回路,改善量 = 20lg(E,1,/ E,2,) = 20lg ( I,CM1,/ I,CM2,),= 20lg(V,CM,/ Z,CM1,) / (V,CM,/ Z,CM2,),=20 lg ( Z,CM2,/ Z,CM1,),=20 lg ( 1+,Z,L,/ Z,CM1,),dB,铁氧体磁环,I/O接口布线的一些要点,干净区域,滤波电容,电源线连接,地线连接,信号滤波器,隔离变压器/光耦隔离器,桥,壕沟,时钟电路、高速电路,时钟信号远离电缆接口,用屏蔽电缆抑制共模辐射,CM,CM,DM,CM,CM,屏蔽电缆的评估,CM,CM,DM,V,辐射环路,V,I,Z,T,= V / I,不同屏蔽层的传输阻抗,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,传输阻抗（m, /m）,Hz,铝箔,单层编织,最佳单层编织,双层编织,双层编织,+,一层,金属,双层编织 + 双层,金属,实心铜,屏蔽层的错误接法,CM,电缆屏蔽层的正确端接,利用机械力将,屏蔽层压紧,金属连接器护套,指形簧片,护套与屏蔽层端接,导电弹性衬垫,连接器上紧螺纹,航空连接器,D形连接器,D型连接器的屏蔽层搭接,圆形连接器屏蔽层搭接,接线端子上的屏蔽电缆,尽量减小小辨接法的危害,线路板上的局部屏蔽,利用一层铜箔做屏蔽盒面,屏蔽盒的接地间隔, / 20,所有穿出屏蔽盒的导线经过滤波,片状电容,