EMC整改及PCB设计(培训资料)

EMC整改及PCB设计SGSSZEMCLabTony_WuEMC问题•电磁兼容性(EMC)•EMC定义：在同一电磁环境中，设备能够不因为其他设备的干扰影响正常工作，同时也不对其他设备产生影响工作的干扰。•EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC问题。干扰源敏感设备干扰途径EMC整改方法•EMC整改定义是指产品在功能调试或EMC测试过程中出现问题后所采取的弥补手法。问题出现前EMC整改问题出现后EMC设计EMC问题定位•整改的前提是定位，没有定位过程的整改就像无头的苍蝇一样到处乱撞，只有找到了问题所在，才能采用相应的EMC措施，这样可以做到事半功倍•定位有两种手段：一种是直觉判断，需要完全依靠工程师积累的EMC经验来判断，另一种是比较测试，依靠测试仪器和EMC经验的结合来对问题进行详细的定位判断。EMC常见整改方法•干扰滤波技术切断干扰沿信号线或电源线传播的路径•电磁屏蔽技术切断干扰沿信号线或电源线传播的路径•地线干扰与接地技术通过改善信号的回流环路降低其所产生的干扰•其它方式通过改变干扰源的强度或频率来降低干扰EMC常见问题的类型•RE(辐射)问题•ESD（静电）问题•CI（传导抗扰度）问题RE整机定位信号电缆定位屏蔽定位常见的滤波器电源滤波器共模扼流圈差模电容共模电容共模滤波电容受到漏电流的限制常见的滤波器•常用的信号线滤波器滤波器接地阻抗实际干扰电流路径常用的滤波电路实例•芯片的电源必须有滤波总线驱动和接收芯片的电源必须有良好的滤波电路，具体芯片：–CPU，Flash，SDRAM不同的IC使用同一电源时应分别采用滤波电路VCC电容Bead常用的滤波电路实例•晶振的电源滤波设计采用磁珠＋大电容＋高频电容的滤波方式给晶体进行滤波GND晶振RBEADGND电容常用的滤波电路实例•时钟信号的滤波电路注意适当的选取R（R可以是电阻，电感或磁珠）和C1，C2的值；GND尽量选取最靠近芯片的地常用的滤波电路实例•常用的信号线或排线的滤波电路注意适当的选取R（R可以是单独的电阻，电感或磁珠，也可以是排阻，排感或排磁珠）和C1,C2,C3,…的值；接地技术•单点接地（串联单点接地和并联单点接地）123123串联单点接地优点：简单缺点：公共阻抗耦合I1I2I3I1I2I3ABCABCR1R2R3并联单点接地优点：无公共阻抗耦合缺点：接地线过多接地技术•多点接地（丛多个不同的点接地）R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路3接地技术•混合接地~Vs地电流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地环路电流接地技术•接地追求的效果尽可能营造信号电流流回信号源的地阻抗路径；使地电流所形成的地环路面积尽可能的小I1I2信号流地环路接地技术•常用的接地方法实例滤波器良好接地滤波器的接地线是否尽可能短；金属外壳的滤波器的接地最好直接通过其外壳和地之间的大面积搭接。接地技术•时钟源外壳接地晶体外壳应该接地处理；晶振的接地脚应该接地；而且应选取比较干净靠近时钟源的地接地PCBGND晶振接地技术•显示屏的金属外壳应接地•开关管或IC的散热片应接地通常来说，开关管和IC的散热片是噪声源，保持其正确良好的接地可以抑制干扰•隔离变压器（光隔离器）应选择正确的接地•悬空屏蔽线缆的金属外壳应选择大面积的接地•各模块之间的地应保持良好的搭接屏蔽技术•电磁屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2）屏蔽前的场强E1屏蔽后的场强E2屏蔽技术•屏蔽的类型：结构屏蔽（屏蔽罩，金属壳）电缆的屏蔽（屏蔽线）缝隙的屏蔽（金属丝网衬垫，导电橡胶，导电泡棉）外壳的屏蔽（喷导电漆，贴铜箔铝箔）屏蔽技术•屏蔽的注意事项：相同材质，厚度较厚的较好；相同厚度，双层编织好于单层编织；铜箔好于铝箔；缝隙之间的衬垫必须保持良好的搭界；如果屏蔽层搭界时，务必将搭界处的绝缘漆打磨掉，再来屏蔽缝隙ESD问题•ESD容易出现问题的部位接口连接处ESD问题面板按钮ESD问题缝隙的ESD问题ESD问题•ESD问题的解决方法ESD问题一般采用两种方式疏导：快速泄放掉静电电流；或是其通过的路径尽量避开相关的敏感器件或线路；围堵：通过相应的措施使静电放电电流尽量不产生，相关的敏感器件或线路感受不到静电干扰接口连接处ESD问题•接口连接处一般都由金属外壳造成，常用的解决方法如下：1、保证连接器的金属外壳和设备的金属外壳良好接触，使静电电流直接从设备外壳泄放到大地上，可以采用导电布、锯齿簧片等屏蔽材料来保证连接器的外壳和设备外壳良好搭接；2、避免复位信号电路（线）、片选信号线以及控制信号电路等敏感电路靠近接口连接器。接口连接处ESD问题•对接口连接处进行静电测试时，连接线极易产生静电电流，通常采用如下方式：1、采用TVS管进行静电抑制（TVS管为瞬态抑制二极管），并使用限流电阻进行限流，如右图所示；2，选用抗静电能力较强的接口芯片U975176连接器PGNDΩTVS管面板按钮ESD问题•面板按键ESD解决方法：1指示灯，按键等在面板上的开孔应尽可能小；2指示灯，按键下面的PCB板远离开孔；3指示灯，按键与PCB用较好绝缘材料隔绝开来；4面板的金属边通过最短的路径接到电源的大地，尽可能地是电流通过地泻放到大地；5在面板上增加一层透明绝缘高绝缘的材料来隔绝；6用TVS管或是电容对按键所在的线路进行处理；7改变面板下信号线的走线方式或在信号线上加上磁环缝隙的ESD问题•缝隙的ESD问题的解决方法：对缝隙PCB板裸露的金属部分贴绝缘膜，使静电在这些部位无法放电；更改缝隙的结构，可以通过将缝隙设置成倒挂槽增加静电的放电距离，使其不放电；在缝隙处注入绝缘材料，是静电无法通过，不能对内部的PCB板进行放电；将缝隙用铜箔或铝箔贴住，并将其用尽可能短的出现连接到大地；CI问题•抑制CI的原则对策对电源口和信号进行相应的滤波，但是需要注意滤波电路的接地设计对电源线和信号线绕磁环，但是需要注意磁环的选取和绕法基于EMC的PCB设计•元器件布局接口信号的滤波、防护及隔离等器件靠近接口（或接口连接器）放置，且遵从先防护、后滤波的原则；敏感器件及电路如复位电路等远离辐射源放置；晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件电路等敏感器件距面板、连接器的边缘≥1000mil，距板内屏蔽罩、屏蔽外壳≥500mil；功能模块电路分开放置；多种模块电路在同一PCB上放置时，数字电路与模拟电路、高速与低速电路分开布局；基于EMC的PCB设计•布线原则PCB走线应尽量避免直角和锐角；3W规则：为减少线间串扰，应保证线中心间距不少于三倍线宽基于EMC的PCB设计•布线原则环路最小规则（信号线与其回路构成的环路面积极可能小）短线规则（布线长度应尽可能短，振荡器应放在离器件很近的位置）基于EMC的PCB设计•布线原则开环检查规则（一般情况下不允许出现一端悬空的布线）闭环检查规则（防止信号在不同层间形成闭环）基于EMC的PCB设计•布线原则20H规则（防止电源层产生边沿效应）时钟信号线包地原则（尽可能在时钟线的两侧包地线，条件不允许，也应该使时钟线和地线紧邻走线）包地线时钟源总结•EMC设计与整改都是需要通过实践来验证，对于产品来说，需要综合考虑各方面的因素，通常都需要综合应用到上述方法和措施。•谢谢！