PCB的电磁兼容设计培训教材

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1、杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 第六章 PCB的电磁兼容设计 杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 线路板上的电磁兼容问题线路板的辐射线路板的辐射外界电磁场对线路板的干扰外界电磁场对线路板的干扰地线和电源线噪声地线和电源线噪声地线引起的公共阻抗耦合地线引起的公共阻抗耦合走线之间的串扰走线之间的串扰杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 走线是主要辐射源杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 时钟频率越高辐射越强杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VC

2、C被驱动电路被驱动电路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电IgVg杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线干扰对电路的影响1324寄生电容杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 线路板走线的电感 L=0.002S(2.3lg(2S/W)+0.5 HWSL=(L1L2-M2)/(L1+L2-2M)若：若：L1=L2L=(L1+M)/2MII杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线网格杨继深 2004年5月 电话：010-68386283

3、电源线噪声的消除V=L(di/dt)储能电容储能电容这个环路尽量小这个环路尽量小杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近尽量使电源线与地线靠近杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 解耦电容的选择C=dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间dt内，电源线上出内，电源线上出现了瞬间电流现了瞬间电流dI，dI导致导致了电源线上出现电压跌落了电源线上出现电压跌落dV。杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法电源电源地地铁氧体铁氧体注意铁氧体安装的

4、位置注意铁氧体安装的位置接地线面接地线面细线细线粗线粗线用铁氧体增加用铁氧体增加电源端阻抗电源端阻抗用细线增加电用细线增加电源端阻抗源端阻抗杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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！杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 多个电容改善解耦效果杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 选择合适的电容种类 插线电容插线电容 表贴电容表贴电容杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 线路板的两种辐射机理差模辐射差模辐射共模辐射共模辐射电流环电流环杆天线杆天线杨继深 200

5、4年5月 电话：010-68386283 实际电路的辐射ZGZLVZC=ZG+ZL近场：近场：ZC 7.9 D f E=7.96VA/D3 （V/m）ZC 7.9 D f，E=63 I A f/D2 （V/m）H=7.96IA/D3 （A/m）远场：远场：E=1.3 I A f 2/D （V/m）环路面积环路面积=AI杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 常用的差模辐射预测公式考虑地面反射时：考虑地面反射时：E=2.6 I A f 2/D （V/m）杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 脉冲信号差模辐射的频谱频谱包络线频谱包络线差模辐射频率特性线差模辐射频率

6、特性线脉冲的差模辐射包络线脉冲的差模辐射包络线 1/d 1/tr40dB/decfff-20dB/dec-40dB/dec E=2.6 I A f 2/D EdB=20lg（2.6 I A/D）+40lg f 40dB/dec20dB/dec杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 不同逻辑电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积逻辑 系列 上升时间 电流 不同时钟频率允许的面积（cm2）4MHz 10 30 100 4000B 40 6 1000 400 74HC 6 20 50 45 18 6 74LS 6 50 20 18 7.2 2.4 74AC 3.5 80 5.5

7、2.2 0.75 0.25 74F 3 80 5.5 2.2 0.75 0.25 74AS 1.4 120 2 0.8 3 0.15 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。杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 减小差模辐射的方法E =2.6 I A f 2 /D低通滤波器低通滤波器布线杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 控制高频信号的回路杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m所有电路加电工作所有电

8、路加电工作只有时钟电路加电工作只有时钟电路加电工作杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 控制回路面积是布线的主要目的L=20cm杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 减小面积降低辐射L=10cmL=5cm杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 单层或双层板如何减小环路的面积杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 不良布线举例一杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 不良布线举例二68HC1174HC00AB连接连接A、BE时钟杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 随便设置的地线没有用在线路板上

9、没有布线的地方全部铺上地线是在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？设计吗？杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线对辐射的影响杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线对辐射的影响杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 多层板能减小辐射信号信号1电源层电源层地线层地线层信号信号2低频高频杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线面上的缝隙的影响模拟地模拟地数字地数字地A/D变换器L75mm25mmL :0 10cm VAB:15 75mVAB杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 注意过孔的阻

10、抗1.5mm PGA128-pinC/4 PGA杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 六层板的设计好不好好不好这种非典型布线具有这种非典型布线具有最好的电磁兼容特性最好的电磁兼容特性注意方向注意方向杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 八层板的设计较好较好最好最好差差很好很好很好很好电源很好电源很好注意方向注意方向杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 十层板的设计很好很好很好很好较好较好注意方向注意方向杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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杨继深

11、 2004年5月 电话：010-68386283 扁平电缆的使用最好最好较好较好差差较好，但端接困难较好，但端接困难杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 避免面积较大的地线回路地线一部分信号回流经过一部分信号回流经过ABCDABCD扁平电缆这两处都有地线这两处都有地线杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 注意隐蔽的辐射环路电源/地线信号线电源/地线信号线电源电源信号线+电源+地线电源/地线电源电源杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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直流线也会产生射频辐射杨继深 2004年5月 电话

12、：010-68386283 外拖电缆的共模辐射I2CPI3I1CP尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大，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仍然是主要的辐射因素杨继深 2004年5月 电话：010-68386283“无关”的电缆也辐射杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 无关电缆辐射机理VCM机箱内的所有信号都会通过机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！电缆辐射！杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 地线也辐射不接地线不接地线接上地线接上地线你喜欢你喜欢电缆屏蔽层接地吗电缆屏蔽层接地吗?杨继深 2004年5月 电话：010-68

13、386283 地线辐射产生的原因地线噪声地线噪声电源线电感电源线电感信号回路信号回路电源回路电源回路杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 共模电流估算（两端设备都接地的情况）LRW 线路板不接地：线路板不接地：ZCM=RW+j L+RL+1/j CCPICMRWLRL 线路板接地：线路板接地：ZCM=RW+j L+RL1 H/mV0杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 共模电流主要由寄生电容产生V0/RL线路板接地线路板接地线路板不接地线路板不接地CP较大较大CP较小较小频率频率MHz共模共模电流电流杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 悬

14、浮电缆ICM近场区内近场区内:E=1430I L /(f D3)V/m远场区内远场区内:E=0.63 I L f /D V/m考虑地面反射：考虑地面反射：E=1.26 I L f /D V/mL/2或或/4时：时：E=120I /D V/m电缆长度：电缆长度：L杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 共模电流的测量共模电流的测量电流卡钳电流卡钳频谱分析仪频谱分析仪VdB VICM被测电流被测电流 IV传输阻抗：传输阻抗：ZT=V/I 杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 怎样减小共模辐射 E=1.26 I L f /D 共模滤波共模滤波共模扼流圈共模扼流圈减小

15、共模电压减小共模电压使用尽量使用尽量短的电缆短的电缆共模滤波共模滤波电缆屏蔽电缆屏蔽杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 实验电路的辐射杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 改善地线减小共模电压杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 减小空间感应的共模电压杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 两个措施同时采取杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 滤波器滤除高频成份杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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 2M

16、B/s低速CMOS TTL上升时间 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns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杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 增加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路共模回路改善量改善量=20lg(E1/E2)=20lg(ICM1/ICM2)=20lg(VCM/ZCM1)/(VCM/ZCM2)=20 lg (Z

17、CM2/ZCM1)=20 lg (1+ZL/ZCM1)dB杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 铁氧体磁环杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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信号滤波器隔离变压器/光耦隔离器桥壕沟壕沟时钟电路、高速电路杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 时钟信号远离电缆接口杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 用屏蔽电缆抑制共模辐射CMCMDMCMCM杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路辐射环路VIZT=V/I杨

18、继深 2004年5月 电话：010-68386283 不同屏蔽层的传输阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000传输阻抗（传输阻抗（m /m）Hz铝箔铝箔单层编织单层编织最佳单层编织最佳单层编织双层编织双层编织双层编织双层编织+一层一层 金属金属双层编织+双层金属实心铜实心铜杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 屏蔽层的错误接法CM杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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

19、接器杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 D型连接器的屏蔽层搭接杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 圆形连接器屏蔽层搭接杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 接线端子上的屏蔽电缆杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 尽量减小小辨接法的危害杨继深 2004年5月 电话：010-68386283 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谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH