1、第五章 PCB的電磁兼容設計,走線是主要輻射源,脈沖信號的頻譜,T,1/d,1/tr,d,tr,諧波幅度 （電壓或電流）,頻率（對數(shù)）,-20dB/dec,-40dB/dec,A,V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2,上升沿越陡高頻越豐富,地線和電源線上的噪聲,Q1,Q2,Q3,Q4,R4,R2,R3,R1,VCC,被驅(qū)動電路,ICC,I驅(qū)動,I充電,I放電,Ig,Vg,電源線、地線噪聲電壓波形,輸出,ICC,VCC,Ig,Vg,地線干擾對電路的影響,1,3,2,4,寄生電容,線路板走線的電感,L = 0

2、.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H,W,S,L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2,M,I,I,地線網(wǎng)格,電源線噪聲的消除,電源線電感,儲能電容,這個環(huán)路盡量小,電源解耦電容的正確布置,盡量使電源線與地線靠近,解耦電容的選擇,C =,dI dt,dV,Z,f,1/2 LC,各參數(shù)含義： 在時間dt內(nèi)，電源線上出現(xiàn)了瞬間電流dI，dI導致了電源線上出現(xiàn)電壓跌落dV。,增強解耦效果的方法,電源,地,鐵氧體,注意鐵氧體安裝的位置,接地線面,細線,粗線,用鐵氧體增加電源端阻抗,用細線增加

3、電源端阻抗,有效濾波的例子,普通電容,三端電容,三端電容+鐵氧體,線路板的兩種輻射機理,差模輻射,共模輻射,電流環(huán),桿天線,實際電路的輻射,ZG,ZL,V,ZC = ZG + ZL,近場：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） 遠場： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）,環(huán)路面積 = A,I,常用的差模輻射預測公式,考慮地面反射時： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）,脈沖信號差模輻射的頻譜,頻譜包絡線,差模輻射頻率

4、特性線,脈沖的差模輻射包絡線,1/d 1/tr,40dB/dec,f,f,f,- 20dB/dec,- 40dB/dec,E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f,40dB/dec,20dB/dec,不同邏輯電路為了滿足EMI指標要求所允許的環(huán)路面積,僅代表了一個環(huán)路的輻射情況，若有N個環(huán)路輻射，乘以 N 。因此，可能時，分散時鐘頻率。,如何減小差模輻射？,E = 2.6 I A f 2 / D,低通濾波器,布線,控制高頻信號的回路,電路中的強輻射信號,1 10 100 1000,1 10 100 1000,dBV/m,dBV/m,所有

5、電路加電工作,只有時鐘電路加電工作,電流回路的阻抗,L,R,I,Z = R + jL L = / I A,單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積,不良布線舉例,68HC11,74HC00,A,B,連接A、B,E時鐘,隨便設置的地線沒有用,在線路板上沒有布線的地方全部鋪上地線是EMC設計嗎？,地線對輻射的影響,地線對輻射的影響,多層板能減小輻射,信號1,電源層,地線層,信號2,低頻,高頻,DC0.5 1 10 100 1G,1,10,地線面的阻抗，m/ 平方,地線面具有很小的地線阻抗,地線面上的縫隙的影響,模擬地,數(shù)字地,A/D變換器,L,75mm,25mm,L : 0 10cm VAB : 15 75

6、mV,A,B,過孔的阻抗,1.5mm,PGA 128-pin,C/4,PGA,10,100,1,0.1,nH/cm,25 50 75 100,與過孔之間的距離 mm,線路板邊緣的一些問題,關(guān)鍵線（時鐘、射頻等）,產(chǎn)生較強輻射,無地線,電源層,地線層,20H,扁平電纜的使用,地線,一部分信號回流經(jīng)過ABCD,A,B,C,D,最好,較好,差,較好，但端接困難,扁平電纜,這兩處都有地線,注意隱蔽的輻射環(huán)路,電源/地線,信號線,電源/地線,信號線,電源,信號線+電源+地線,電源/地線,電源,直流線的輻射,線 路 板 1,線 路 板 2,線 路 板 3,直流線也會產(chǎn)生射頻輻射,外拖電纜的共模輻射,L,I

7、2,H,CP,I3,I1,CP,盡管共模成份的比例很小，但是由于輻射環(huán)路大， 仍然是主要的輻射因素,“無關(guān)”的電纜也輻射,無關(guān)電纜輻射機理,VCM,機箱內(nèi)的所有信號都會通過電纜輻射！,地線也輻射,不接地線,接上地線,你喜歡 電纜屏蔽層接地嗎 ?,地線輻射產(chǎn)生的原因,地線噪聲,電源線電感,信號回路,電源回路,兩端設備都接地的情況,L,RW,線路板不接地：ZCM = RW + jL+ RL + 1/ jC,CP,ICM,RW,L,RL,線路板接地：ZCM = RW + jL+ RL,1H/m,V0,共模電流主要由寄生電容產(chǎn)生,V0 / RL,線路板接地,線路板不接地,CP較大,CP較小,頻率MHz

8、,共模 電流,懸浮電纜,ICM,近場區(qū)內(nèi): E = 1430I L / (f D3) V/m 遠場區(qū)內(nèi): E = 0.63 I L f / D V/m 考慮地面反射： E = 1.26 I L f / D V/m L /2或/4時： E = 120I / D V/m,電纜長度：L,共模電流的測量,電流卡鉗,頻譜分析儀,VdBV,ICM,被測電流 I,V,傳輸阻抗：ZT = V / I,怎樣減小共模輻射,E = 1.26 I L f / D,共模濾波 共模扼流圈 減小共模電壓,使用盡量短的電纜,共模濾波,電纜屏蔽,減小共模電壓,濾波器濾除高頻成份,濾波器電容量的選擇,R負載,R源,電容合適,電容

9、過大,平衡接口電路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z0/2,Z0/2,增加共?；芈返淖杩?PCB,PCB,共?；芈?改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB,鐵氧體磁環(huán)使用方面的一些問題,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,300個,30個,0.1 1 10 100 1000,匝,1匝,無偏置,有偏置,I/O接口布線的一些要點,干凈區(qū)域,濾波電容,電源線連接,地線連接,信號濾波器,隔離變壓器/光耦隔離器,橋,壕溝,時鐘電路、高速電路,時鐘信號遠離電纜接口,用屏蔽電纜抑制共模輻射,CM,CM,DM,CM,CM,屏蔽電纜的評估,CM,CM,DM,V,輻射環(huán)路,V,I,ZT = V / I,不同屏蔽層的傳輸阻抗,102 103 104 105 106 107 108,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,傳輸阻抗（m /m）,Hz,鋁箔,單層編織,最佳單層編織,雙層編織,雙層編織 + 一層金屬,雙層編織 + 雙層金屬,實心銅,屏蔽層的錯誤接法,CM,電纜屏蔽層的正確端接,利用機械力將 屏