第五章PCB的电磁兼容设计课件

,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,2002年8月 杨继深,*,#,第五章 PCB的电磁兼容设计,2002年8月 杨继深,走线是主要辐射源,2002年8月 杨继深,脉冲信号的频谱,T,1/,d,1/,t,r,d,t,r,谐波幅度,（电压或电流）,频率（对数）,-20dB/dec,-40dB/dec,A,V( or I) = 2A(d+tr)/T,V( or I) = 0.64A/Tf,V( or I) = 0.2A/Tt,r,f,2,2002年8月 杨继深,上升沿越陡高频越丰富,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,电源线、地线噪声电压波形,输出,I,CC,V,CC,Ig,V,g,2002年8月 杨继深,地线干扰对电路的影响,1,3,2,4,寄生电容,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,地线网格,2002年8月 杨继深,电源线噪声的消除,电源线电感,储能电容,这个环路尽量小,2002年8月 杨继深,电源解耦电容的正确布置,尽量使电源线与地线靠近,2002年8月 杨继深,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。,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,有效滤波的例子,普通电容,三端电容,三端电容+铁氧体,2002年8月 杨继深,线路板的两种辐射机理,差模辐射,共模辐射,电流环,杆天线,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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）,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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。,2002年8月 杨继深,如何减小差模辐射？,E = 2.6 I A f,2,/ D,低通滤波器,布线,2002年8月 杨继深,控制高频信号的回路,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,电流回路的阻抗,L,R,I,Z = R + j,L,L = / I, A,2002年8月 杨继深,单层或双层板如何减小环路的面积,2002年8月 杨继深,不良布线举例,68HC11,74HC00,A,B,连接A、B,E时钟,2002年8月 杨继深,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？,2002年8月 杨继深,地线对辐射的影响,2002年8月 杨继深,地线对辐射的影响,2002年8月 杨继深,多层板能减小辐射,信号1,电源层,地线层,信号2,低频,高频,DC0.5 1 10 100 1G,1,10,地线面的阻抗，m/ 平方,地线面具有很小的地线阻抗,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,过孔的阻抗,1.5mm,PGA,128-pin,C/4,PGA,10,100,1,0.1,nH/cm,25 50 75 100,与过孔之间的距离 mm,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,扁平电缆的使用,地线,一部分信号回流经过ABCD,A,B,C,D,最好,较好,差,较好，但端接困难,扁平电缆,这两处都有地线,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,外拖电缆的共模辐射,L,I,2,H,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,2002年8月 杨继深,“无关”的电缆也辐射,2002年8月 杨继深,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！,2002年8月 杨继深,地线也辐射,不接地线,接上地线,你喜欢,电缆屏蔽层接地吗 ?,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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,0,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,减小共模电压,2002年8月 杨继深,滤波器滤除高频成份,2002年8月 杨继深,滤波器电容量的选择,R,负载,R,源,电容合适,电容过大,低速接口,10 100kB/s,高速接口,2MB/s,低速CMOS,TTL,上升时间 tr,0.51,s,50n,s,100n,s,10n,s,带宽 BW,320kHz,6MHz,3.2MHz,32MHz,总阻抗 R,120,100,300,100150,最大电容 C,2400pF,150pF,100pF,30pF,2002年8月 杨继深,平衡接口电路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z,0,/2,Z,0,/2,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,铁氧体磁环使用方面的一些问题,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,300个,30个,0.1 1 10 100 1000,匝,1匝,无偏置,有偏置,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,时钟信号远离电缆接口,2002年8月 杨继深,用屏蔽电缆抑制共模辐射,CM,CM,DM,CM,CM,2002年8月 杨继深,屏蔽电缆的评估,CM,CM,DM,V,辐射环路,V,I,Z,T,= V / I,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,屏蔽层的错误接法,CM,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,D型连接器的屏蔽层搭接,2002年8月 杨继深,圆形连接器屏蔽层搭接,2002年8月 杨继深,接线端子上的屏蔽电缆,2002年8月 杨继深,尽量减小小辨接法的危害,2002年8月 杨继深,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,2002年8月 杨继深,筑质量大堤，迎世纪挑战。,10月-24,10月-24,Wednesday, October 2, 2024,不接受不良品，不制造不良品。,07:43:29,07:43:29,07:43,10/2/2024 7:43:29 AM,安全促进生产，生产必须安全。,10月-24,07:43:29,07:43,Oct-24,02-Oct-24,以管理保质量、以质量保进度、以进度求效益。,07:43:29,07:43:29,07:43,Wednesday, October 2, 2024,正确使用它、事故就少了。,10月-24,10月-24,07:43:29,07:43:29,October 2, 2024,管理靠制度，制度在落实。,2024年10月2日,7:43 上午,10月-24,10月-24,质量意识加强早，明天一定会更好。,02 十月 2024,7:43:29 上午,07:43:29,10月-24,安全操作不马虎，分分秒秒惜生命。,十月 24,7:43 上午,10月-24,07:43,October 2, 2024,品质管理标准化，,ISO,成功靠大家。,2024/10/2 7:43:29,07:43:29,02 October 2024,消防安全和减灾关系到全民的幸福和安宁。,7:43:29 上午,7:43 上午,07:43:29,10月-24,交通规则是您的生命之友。,10月-24,10月-24,07:43,07:43:29,07:43:29,Oct-24,从坏处着想，向好处努力。,2024/10/2 7:43:29,Wednesday, October 2, 2024,科学管理、精心施工。,10月-24,2024/10/2 7:43:29,10月-24,谢谢大家！,