PCB的EMC设计课件分享

中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn；www.zksoft.org010-62884854PCB的EMC设计中科信软培训中心中科信软简介中科信软依托中国科学院强大技术人才优势，根据企事业单位实际需求,通过定制培训，提供各种最新，最实用的技术及管理培训。近十年来，中心的企业培训遍及大江南北，客户包括国家部委、高校、科研院所、世界跨国公司，大型国企，知名IT公司等众多国内外企事业单位，迄今已培养了数万名高级管理及技术人才，深得用户信赖与好评。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn；www.zksoft.org培训类别中心培训技术种类齐全，可以为客户提供一站式各类高级技术培训数据库类商业智能（BI）应用服务器存储备份网络&操作系统软件开发移动开发技术大数据云计算虚拟化软件架构软件工程项目管理信息管理，IT规划ERPEDA电子电路PCB电磁兼容可靠性有限元技术CFD，CAD，CAM，CAE，通信技术，arcgis空间技术数据分析及其软件sas,spss,matlab嵌入式技术等其它末列技术等可以订制培训中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn；www.zksoft.org培训形式公开课上门内训特殊技术订制培训相关技术支持中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn；www.zksoft.org中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn培训内容第1章电磁兼容原理1emc的定义2EMC研究的目的以及意义3EMC三要素及策略第2章PCB的EMC设计在EMC设计中的定位1PCB的EMC设计的意义2PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位3板级EMC的成因中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn培训内容第3章PCB的EMC设计1旁路退耦2布线3静电放电的防护4层叠设计5地和电源6模块划分7综合布局8滤波中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn培训内容第4章PCB设计中的EMC要求1基本要点2案例分析中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理emc的定义电磁兼容（ElectromagneticCompatibility,简称EMC）,电子和电气系统、设备和装置在预定的电磁环境和设定的安全界限内在设计的性能水平工作时不会因为电磁干扰而不引起不可接受的功能降级。以下是电磁兼容有关的常见术语：EMC：（Electromagneticcompatibility）电磁兼容性EMI：（Electromagneticinterference）电磁干扰EMS：（Electromagneticsusceptibility）电磁敏感度电磁兼容原理RF：（RadioFrequency）电磁频率RE：（Radiatedemission）辐射骚扰CE：（Conductedemission）传导骚扰CS：（Conductedsusceptibility）传导骚扰抗扰度RS：（Radiatedsusceptibility）射频电磁场辐射抗扰度ESD：（Electrostaticdischarge）静电放电EFT/B：（Electricalfasttransientburst）电快速瞬变脉冲群Surge：浪涌中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理EMC研究的目的以及意义一个系统如果满足以下三个准则，就认为具有电磁兼容性：1、不对其他系统产生干扰；2、对其他系统的辐射不敏感；3、不对自身产生干扰。这就是我们研究引申EMC的目的所在。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理总体来讲，EMC分为EMI、EMS两部分：EMI：电磁干扰，从本质上讲，干扰就是缺少相容性，那么电磁干扰就是缺少电磁兼容性。EMI是有害电磁能量由一个电子设备经辐射或传导（或两个设备）传送到一个电子设备的过程。在通常的应用中，这个名词指的是射频（RF）信号的的电磁干扰。但是EMI可以发生在由DC到光波的整个频率范围。EMS：电磁敏感度，即处在一定环境中设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，或者说设备或系统对于一定范围内的电磁能量不敏感，能按照设计的性能保持正常的运行、工作；（防静电要求为此类）。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理EMC三要素及策略最简单的电磁干扰模型有三个基本要素：1、一定存在电磁干扰源。2、必须在干扰源和干扰受体之间存在耦合通道来传输有害电磁能量。3、一定存在电磁干扰受体，当电磁干扰强度超出容许的界限时，被干扰设备性能会发生混乱。EMC耦合问题的基本分解框图如下：中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理在单板范围内，我们可以找到如下几个与辐射有关的项：干扰源：时钟电路（包括晶振、时钟驱动电路）；开关电源；高速总线（通常为低位地址总线如：A0、A1、A2）；高电平信号、大电流信号、dv/dt、di/dt高信号；部分塑封器件；内部互连电缆；不恰当布防的印制线条等。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理耦合途径：传播能量的各种媒质，例如自由空间、互连电缆（共模耦合）。按传播的方式，电磁干扰分成两种类型。1、传导型干扰是系统产生并返回到支流输入线或信号线的噪声。2、辐射型干扰以电磁波的方式直接发射。单板中敏感器件或信号主要有：锁项环（一种电路或者模块，它用于在通信的接收机中，其作用是对接收到的信号进行处理，并从其中提取某个时钟的相位信息）收发模块模拟信号复位信号中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理总结：对于EMC来讲，这三个要素缺一不可。如果任一要素不存在，EMI也就不存在了。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理EMC策略上述也意味着防止干扰的三种途径：1、抑制源的发射2、尽可能使耦合路径无效3、使接受器对发射不敏感抑制源的发射一般地说，在设计PCB时，消除主要的干扰源是最廉价有效的方法。干扰是产生初始波形的主要因素。PCB必须设计成使产生的电磁能量只限于需要的装配部件处。通过必要的布局、布线以及采取屏蔽、接地措施来提高设备的抗扰能力。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cn电磁兼容原理尽可能使耦合路径无效在三要素的对策中切断干扰的传播途径是最重要的一环。在单板上可采取以下措施来切断耦合途径或者减少耦合：1．对应传导耦合：加滤波电容、滤波器、共模线圈、隔离变压器等；2．对应辐射耦合：相邻层垂直走线、加屏蔽地线、磁性器件合理布局、3W规则、正确层分布、辐射能力强或敏感信号内布层、使用I/O双绞线、辐射信号强的信号远离拉手条、板边缝隙等。从产品EMC设计的对策、手段来讲，通常采用的不外乎接地、屏蔽、滤波三种。关于接地、屏蔽等一般涉及到结构的开发，这次主要针对PCB的EMC设计给予介绍。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位PCB的EMC设计的意义1、信号质量的要求在产品的EMC设计中，除了通过有关测试、获取相关认证外，还必须结合信号完整性分析，保证信号质量。如果产品顺利通过EMC测试却不能实现正常功能，那也是徒劳的。在这方面，板级EMC设计是其它方式等无法取代的。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位PCB的EMC设计的意义2、系统设计，对策多样化目前业界大多公司在EMC的处理上均采用注重源头控制的EMC系统设计，从产品的概念、设计阶段给予关注，可在原理、PCB、结构、线缆、屏蔽、滤波、软件等各个方面采取对策，而一旦产品推向时常，可采取的对策也只有在软、硬件上打补丁了，对策的效果、可行性将面临严峻的考验。对于一个产品来讲，从设计之初就采取一些抑制措施比成品之后再反复修改要经济的多。在电子产品的研制中，为获得良好的EMC性价比，进行EMC设计是相当重要的；电子产品的EMC性能是设计赋予的。测试仅仅是将电子设备固有的EMC性能用某种定量的方法表征出来。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位PCB的EMC设计的意义3、缩短开发周期重视源头控制，可能会拖延一点开发进度，但比起产品定型后，再针对EMC特性进行攻关要有效的多，而且产品定型后，再作EMC处理，由于受到诸多限制，可采用的对策极为有限。4、降低批量成本在单板、PCB设计阶段进行EMC控制，有可能会增加人力开发成本，但从批量生产等总成本考虑，关注源头控制，可极大的降低批量成本。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位在信号质量的综合考虑、单板接口、无法进行完全屏蔽的产品里，开展PCB的EMC设计是其他任何EMC措施无法取代的；即使不存在以上问题的产品，开展以EMI源头设计为主的EMC系统设计，丰富了设计手段，减轻了后续工序的压力，降低了综合成本。我们也应看到，在EMC系统设计的环节里，单独做好板级EMC的开发，并不能解决所有EMC问题，更不能有只需解决板级EMC问题，而无须再做屏蔽罩、屏蔽线缆的想法，我们强调的是EMC系统设计观念，而PCB的EMC设计是这个系统设计链条上最关键的一环，在单板方面进行EMC设计考虑是一个综合的考虑，是我们硬件、PCB工程师抬头脑中必须掌握的概念。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位现在一些电子企业的一个瓶颈是从事EMC开发、硬件开发的人员对PCB的设计了解不多，在单板的LAYOUT中，如果没有通过相关认证，就经常采用加层、加容性、抗性器件等做法，“宁可错杀一千，也不放过一个”，存在着明显的过设计倾向，以致于增加了不小的成本，也增加了PCB的LAYOUT难度，甚至有些还是无法实施的。我们知道，PCB的设计需要综合质量、成本、加工工艺、EMC、安规、热等诸多因素，缺乏对以上的综合考虑，都不是一个成功的产品。这就需要我们的工程师对以上因素做到全局把握，根据实际情况，采取不同的对策。以上为总体上针对电磁兼容的基本原理进行了简单的阐述中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位板级EMC的成因地平面是不平整的。实际中的地平面上各点的是存在电位差的，而且总是起伏不定的，类似于海面上的波浪。这构成了PCB的EMC形成的必要条件，随着频率、速率的提高，传输线效应越来越需要引起关注，引线电感以及信号回流过程中大大小小的环路就构成了PCB的EMC形成。以下引申一个信号完整性的概念，并且分析一些问题的造成原因及其解决方法。信号完整性（SingnalIntegrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（SingnalIntegrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在EMC设计中的定位板级EMC的成因常见信号完整性问题及解决方法：中科信软高级技术培训中心－www.info-soft.cnPCB的EMC设计在PCB设计的EMC设计，影响的因素很多，例如：PCB的层叠设计电容的摆放接口电路时钟晶振布局走线电源布局走线关键信号的布线等。……几乎PCB设计的任何一个步骤都会产生