电磁兼容培训教材

,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,*,第五章 PCB的电磁兼容设计,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,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,1,3,2,4,寄生电容,地线干扰,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,电源线电感,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,线路板的两种辐射机理,差模辐射,共模辐射,电流环,杆天线,电流环路产生的辐射,近场区内:H=IA/(4,D,3,)A/m,E=Z,0,IA/(2,D,2,)V/m,Z,W,=Z,0,（2D/）,远场区内:H=,IA/(,2,D)A/m,E=Z,0,IA/(,2,D)V/m,Z,W,=Z,0,=377 ,A,I,随频率、距离增加而增加,Z,0,f、D,导线的辐射,近场区内:H=I L/(4,D,2,)A/m,E=Z,0,I L,/(8,2,D,3,)V/m,Z,W,=Z,0,（/2D）,远场区内:H=I L/(2,D)A/m,E=Z,0,I L /(2,D)V/m,I,L,随频率、距离增加而减小,Z,0,f、D,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。,如何减小差模辐射？,E =2.6 I A f,2,/D,低通滤波器,布线,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,电流回路的阻抗,L,R,I,Z=R+j,L,L=/I,A,单层或双层板如何减小环路的面积,不良布线举例,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？,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,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,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,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,外拖电缆的共模辐射,L,I,2,H,C,P,I,3,I,1,C,P,V,CM,机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！,两端设备都接地的情况,L,C,P,I,CM,R,W,R,W,L,Z,CM,=R,W,+j,L+R,L,+1/,j,C,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,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,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,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,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,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,