emc设计和案例分析

,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,*,Skyworth技术交流讲座,*,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,*,Skyworth技术交流讲座,*,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,*,Skyworth技术交流讲座,*,技术讲座系列,EMC设计和案例分析,Skyworth系列技术交流之二,10/7/2024,1,Skyworth技术交流讲座,EMC设计和案例分析,本期交流内容：,1.电磁兼容性的基本原理,2.电磁兼容性的应对策略,3.电磁兼容案例分析,10/7/2024,2,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,10/7/2024,3,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,一般周期的数字信号时域波形：,周期信号相对应的频域谱结构：,Tips：信号占用的带宽远远大于信号实际周期！,10/7/2024,4,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,电感电容在频率升高时的变化：,|Zc|,Frequency,|Zr|,Frequency,电容：|Zc|1/(2PIfC),电感：|Zr|2PIfL,容性降低,容性失效,感性降低,感性失效,SFR,C,L,ESR,10/7/2024,5,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,电磁兼容（EMC）的三要素：,干扰源：,全局时钟信号，高速芯片输出，系统总线，大电流、高电压的高频信号。,耦合机制：,空气，电路板介质，布线环路，线间电容耦合，直接连接。,敏感系统：,高阻输入线，模拟小信号，锁相环电路，高频、中频信号放大。,10/7/2024,6,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,常见的几种干扰源：,全局时钟信号，会产生稳定的离散频谱，使得某些频点能量集中，干扰很强。,高速信号输出，产生不稳定频谱，特别是陡峭的沿跳信号，产生宽频的干扰。,大电流高频脉冲信号，产生强烈的磁场干扰。,高电压高频脉冲信号，产生强烈的电场干扰。,Tips：找出干扰源，是解决EMC问题的关键，只有减弱或者扼杀源头才是最有效的。,10/7/2024,7,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,常见的几种耦合机制：,传导型,通过连线直接耦合，如电源线、公共返回路径等等。,电场型,通过分布电容耦合，如长的平行布线，属于近场耦合。,10/7/2024,8,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,常见的几种耦合机制：,磁场型,通过环路电感耦合，属于近场互感耦合。,辐射型,通过天线效应耦合，属于远场耦合。,Tips：只有通过分析清楚可能的耦合模型，破坏耦合路径，才能减轻耦合干扰的能量。,10/7/2024,9,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,常见的一些需要保护的敏感系统,高阻输入信号、静态电平的信号。这些信号容易感应外界强烈电磁干扰，造成误输入。,模拟小信号，如高频头的高放、中放电路等，芯片的PLL电路，对电源纹波，空中辐射要求很高。,Tips：设计中有意识的对敏感信号做保护，适当的加入屏蔽、滤波、隔离等手段，提高敏感系统的抗干扰能力。,10/7/2024,10,Skyworth技术交流讲座,1.电磁兼容性的基本原理,电磁兼容问题解决的层次：,最有效、最主动的策略,找出干扰源,隔断耦合路径,屏蔽敏感系统,积极的应对策略,不得已而为之的补救方法,10/7/2024,11,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的应对策略,10/7/2024,12,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的应对策略,传统EMC对策,查找EMI问题的方法：,频谱仪近场探头,采取的手段：,屏蔽滤波,传统对策遇到新问题：,需要考虑设备内部【板间，板内信号间】EMI问题，不能使用屏蔽/滤波手段；,屏蔽和滤波会增加重量、成本；,信号频率与干扰频率一致，不能采用滤波；,频率提高，布线、屏蔽体、机箱等成为天线；,高频信号耦合到电缆，由电缆发射；,探测火苗,把“火苗”捂在设备内部,10/7/2024,13,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的应对策略,设计最后阶段解决EMC问题的唯一办法是：,屏蔽和滤波,这种对策的结果是：,有利于通过EMC，但是会恶化内部干扰，影响设备稳定性，增加抗干扰的要求。,屏蔽策略的隐患：,机箱及屏蔽材料的变形及损坏，产生电磁泄漏。,思考？,用屏蔽能解决所有的EMC问题？,10/7/2024,14,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的应对策略,EMC对策新理念：,Tips：对EMI产生和抑制机理有的充分认识是关键。,为什么我们总是停留在这个层次？,电子工程师设计水平的体现,EDA工程师设计经验的体现,系统工程师全部把握的体现,思考？,10/7/2024,15,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的应对策略,EMC的及早考虑：,EMI/EMC是项系统工程,早考虑，成本低，手段多，效率高；,需要产品所有组件协同配合，包括结构设计。,专家的经验PCB设计的很多规则,设计能全部按照设计规则执行吗？,所有的理论在所有场合都正确吗？,仿真技术,PCB板设计的仿真：Hyperlynx。,电子电路仿真：Pspice、S,erenade。,精度与速度,使用测量技术，使用一般仪器进行对比测试。,引入电磁场扫描技术，进行EMC预兼容测试。,尽信书不如无书！,把问题扼杀在萌芽阶段,实际问题实际解决,10/7/2024,16,Skyworth技术交流讲座,3.电磁兼容性的案例分析,10/7/2024,17,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗,良好的电源滤波,尽可能保证地平面的完整性,信号完整性SI和电磁兼容EMC的折中,电磁兼容性的案例非常多，我们只需要掌握别人一些成熟的经验，通过实践发展自己的经验，就渐渐得心应手了,10/7/2024,18,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗,线宽均匀,拐角圆滑,少打过孔,10/7/2024,19,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗线宽均匀,传输阻抗与线宽,在高速信号的微带线上面，线宽影响传输阻抗。,印制板布线的电路模型如下：,串联电阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot，并联电阻阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后，连线上的最终阻抗称为特征阻抗Zo。,线径W越宽，距电源/地铜皮距离h越近，或隔离层的介电常数e越高，特征阻抗Z0就越小。,Z,0,10/7/2024,20,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗线宽均匀,微带线跟线宽的关系,双面板的微带线模型关键参数：板厚h，铜皮厚度t，线宽W和介电常数r。,双面电路板一般厚度：1.68mm（66mil），铜层厚度：0.05mm（2mil）；,四层板一般总厚度（上下薄膜、中间板基型）：1.58mm（62mil），中间厚度：0.9mm（35mil）,上下薄层厚度：0.33mm（14mil），铜皮厚度：0.05mm（2mil）,线宽,8mil,10mil,12mil,18mil,24mil,30mil,50mil,双面,135,129,123,112,103,96,79,四层,79,73,68,55,46,39,23,W,h,t,r,常用印制电路板的材料：,FR-4（r在4.55之间）,75微带线：wh；50微带线：w2h；,10/7/2024,21,Skyworth技术交流讲座,结论：四层板微带线模型几乎完全可是适用。,思考：每一根线互为临近走线的耦合回路，设计中什么问题是关键考虑？,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗线宽均匀,双面板和四层板的微带线差别,在双面板设计中，微带线模型只是近似。,在四层板设计中，微带线模型可以等效。,H=60mil,(1.6mm板厚),W=10mil线宽,注意：双面板线宽线距都比板厚要小得多,HW,电力线分布,H=14mil,W=10mil线宽,注意：四层板线宽线距跟板厚要查不多,H,W,临近线电力线分布很弱,GND,GND 或者 POWER,10/7/2024,22,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗拐角圆滑,走线拐角圆滑,不要走90度的拐角，尽量走大拐角，因为拐角处会造成传输阻抗突变，引起信号反射和畸变。,45度拐角线对于走线阻抗影响不大,大拐角减轻长线拐角带来的影响,10/7/2024,23,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗拐角圆滑,过孔时候的拐角也要圆滑,过孔走线避免拐90度，避免走锐角。,10/7/2024,24,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,保持连续的走线阻抗少打过孔,过孔阻抗突变效应,过孔带来相当于90度走线的突变效应，改变了走线阻抗。,60mil的90度拐角,利用一种新的“,类似同轴的,”通孔结构来避免标准通孔出现的严重阻抗失配问题。这种结构以一种特殊的配置将接地通孔放置在信号通孔四周。,阻抗受控的过孔策略：,10/7/2024,25,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,良好的电源滤波,选择旁路、退耦电容设计,减少电源供电回路的面积,10/7/2024,26,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,良好的电源滤波,选择旁路、退耦电容设计,退耦电容,1100nF,旁路电容,1047uF,思考：退耦电容位置,实际滤波效果,10/7/2024,27,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,良好的电源滤波,旁路电容的作用：,减少器件对电源模块瞬间电流的需求，通常使用铝电解或者钽电解电容，,容值取决于器件瞬间电流的需求,，一般10470uF之间。,退耦电容的作用：,去掉器件高频开关噪声，将高频,噪声引导到地，退耦电容一般选取1100nF之间。,思考：并非容值越大，退耦效果越好，为什么？,电容值,谐振频率,100nF,16MHz,10nF,50MHz,1nF,160MHz,不同退耦电容有不同的谐振频率（0805封装）,思考:是否都使用大容量电容就可以解决问题呢?,10/7/2024,28,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,良好的电源滤波,减少电源供电回路的面积,VCC,GND,IC1,IC2,IC3,IC1、IC2、IC3的电源供电回路重叠，共享GND回流，回路面积S1、S2、S3也很大，相互干扰不可避免！,VCC,GND,IC1,IC2,IC3,IC1、IC2、IC3的电源供电回路重叠面积很小，电源滤波容易实现。,S1,S2,S3,思考：旁路电容应该放置在什么位置？,10/7/2024,29,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,良好的电源滤波,减少电源供电回路的面积,电源、地布线靠近，减少磁辐射面积,10/7/2024,30,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,尽可能保证地平面的完整性,回流地路径分析,地平面分割策略,地反弹现象的防止,10/7/2024,31,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,尽可能保证地平面的完整性,回流地路径分析,不同频率信号的“地”回流路径不一样。,低频：最小电阻【最短距离】,高频：最小阻抗【最小面积】,思考：如果回流路径被隔断了会怎么呢？,10/7/2024,32,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,尽可能保证地平面的完整性,回流地路径分析,磁场型干扰产生的原因：高频信号回流面积相互重叠。,尽可能地减小环路的大小。,避免信号返回线路共享共同的路径这种情况,10/7/2024,33,Skyworth技术交流讲座,2.电磁兼容性的案例分析,