EMC设计之PCB设计

杨继深2002年4月PCB的电磁兼容设计杨继深2002年4月脉冲信号的频谱T1/d1/trdtr谐波幅度（电压或电流）频率（对数）-20dB/dec-40dB/decAV(orI)=2A(d+tr)/TV(orI)=0.64A/TfV(orI)=0.2A/Ttrf2杨继深2002年4月上升沿越陡高频越丰富杨继深2002年4月地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驱动电路ICCI驱动I充电I放电IgVg杨继深2002年4月电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg杨继深2002年4月地线干扰对电路的影响1324寄生电容杨继深2002年4月线路板走线的电感L=0.002S(2.3lg(2S/W)+0.5HWSL=(L1L2-M2)/(L1+L2-2M)若：L1=L2L=(L1+M)/2MII杨继深2002年4月地线网格杨继深2002年4月电源线噪声的消除电源线电感储能电容这个环路尽量小杨继深2002年4月电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近杨继深2002年4月解耦电容的选择C=dIdtdVZf1/2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。杨继深2002年4月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杨继深2002年4月多个电容并联加强解耦效果杨继深2002年4月线路板的两种辐射机理差模辐射共模辐射电流环杆天线杨继深2002年4月电流环路产生的辐射近场区内:H=IA/(4D3)A/mE=Z0IA/(2D2)V/mZW=Z0（2D/）远场区内:H=IA/(2D)A/mE=Z0IA/(2D)V/mZW=Z0=377AI随频率、距离增加而增加Z0f、D杨继深2002年4月导线的辐射近场区内:H=IL/(4D2)A/mE=Z0IL/(82D3)V/mZW=Z0（/2D）远场区内:H=IL/(2D)A/mE=Z0IL/(2D)V/mIL随频率、距离增加而减小Z0f、D杨继深2002年4月实际电路的辐射ZGZLVZC=ZG+ZL近场：ZC7.9DfE=7.96VA/D3（V/m）ZC7.9Df，E=63IAf/D2（V/m）H=7.96IA/D3（A/m）远场：E=1.3IAf2/D（V/m）环路面积=A~I杨继深2002年4月常用的差模辐射预测公式考虑地面反射时：E=2.6IAf2/D（V/m）杨继深2002年4月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/d1/trfffE=2.6IAf2/DEdB=20lg（2.6IA/D）+40lgf杨继深2002年4月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）4MHz10301004000B406100040074HC620504518674LS65020187.22.474AC3.5805.52.20.750.2574F3805.52.20.750.2574AS1.412020.830.15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2002年4月如何减小差模辐射？E=2.6IAf2/D低通滤波器布线杨继深2002年4月电路中的强辐射信号11010010001101001000dBV/mdBV/m所有电路加电工作只有时钟电路加电工作杨继深2002年4月电流回路的阻抗~LRIZ=R+jLL=/IA~杨继深2002年4月单层或双层板如何减小环路的面积杨继深2002年4月不良布线举例68HC1174HC00AB连接A、BE时钟杨继深2002年4月随便设置的地线没有用杨继深2002年4月多层板能减小辐射信号1电源层地线层信号2低频高频DC~0.51101001G110地线面的阻抗，m/平方地线面具有很小的地线阻抗杨继深2002年4月地线面上的缝隙的影响模拟地数字地A/D变换器L75mm25mmL:0~10cmVAB:15~75mVAB杨继深2002年4月过孔的阻抗1.5mmPGA128-pinC/4PGA1010010.1nH/cm255075100与过孔之间的距离mm杨继深2002年4月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2002年4月扁平电缆的使用地线一部分信号回流经过ABCDABCD最好较好差较好，但端接困难扁平电缆这两处都有地线杨继深2002年4月注意隐蔽的辐射环路电源/地线信号线电源/地线信号线电源信号线+电源+地线电源/地线电源杨继深2002年4月环路对消概念减小辐射杨继深2002年4月时钟线避免换层？杨继深2002年4月外拖电缆的共模辐射LI2HCPI3I1CPVCM机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！杨继深2002年4月两端设备都接地的情况LCPICMRWRWL～ZCM=RW+jL+RL+1/jC杨继深2002年4月悬浮电缆ICM近场区内:E=1430IL/(fD3)V/m远场区内:E=0.63ILf/DV/m考虑地面反射：E=1.26ILf/DV/mL/2或/4时：E=120I/DV/m电缆长度：L杨继深2002年4月共模电流的测量电流卡钳频谱分析仪VdBVICM被测电流I传输阻抗：ZT=V/I杨继深2002年4月怎样减小共模辐射E=1.26ILf/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杨继深2002年4月平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2杨继深2002年4月增加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路改善量=20lg(E1/E2)=20lg(ICM1/ICM2)=20lg[(VCM/ZCM1)/(VCM/ZCM2)]=20lg(ZCM2/ZCM1)=20lg(1+ZL/ZCM1)dB杨继深2002年4月铁氧体磁环使用方面的一些问题110100100012545001250600300个30个0.11101001000½匝1½匝无偏置有偏置杨继深2002年4月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、高速电路杨继深2002年4月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CMOSTTL上升时间tr0.5~1s50ns100ns10ns带宽BW320kHz6MHz3.2MHz32MHz总阻抗R120100300100~150最大电容C2400pF150pF100pF30pF杨继深2002年4月用屏蔽电缆抑制共模辐射CMCMDMCMCM杨继深2002年4月屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路VIZT=V/I杨继深2002年4月不同屏蔽层的传输阻抗1021031041051061071080.0010.010.1110100100010000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金属实心铜杨继深2002年4月屏蔽层的错误接法CM杨继深2002年4月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形连接器杨继深2002年4月D型连接器的屏蔽层搭接杨继深2002年4月圆形连接器屏蔽层搭接杨继深2002年4月接线端子上的屏蔽电缆杨继深2002年4月尽量减小小辨接法的危害杨继深2002年4月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