EMC风险评估.ppt

emc风险评估 目录 u基本概念与原理 u 产品接地选择 u 电原理图分析 u pcb布局布线 什么是emc？ emi：电磁干扰性能 从电源线传导出来的电磁骚扰 从信号线、控制线传导出来的骚扰 从产品壳体（包括产品中的所有电缆）辐射出来的骚扰 从电源端口传导出来的谐波电流 电源端口产生的电压波动和闪烁测量 ems：电磁抗扰度性能 静电放电 电源端口的电快速瞬变脉冲群 信号线、控制线端口的电快速瞬变脉冲群 电源端口的浪涌和雷击 信号线、控制线端口的浪涌和雷击 从空间传递给产品壳体的电磁辐射 电源端口的传入的传导干扰 电源端口的电压跌落与中断 电磁干扰emi是为了？ 保护周围设备？ 保护环境生命安全？ 保护无线电通信？ 其他？ 基本概念与原理 共模信号两个大小相等极性相反的一对信号 差模信号大小相等。方向相同 emi干扰原理 一 电流驱动模式 地回流路径中的寄生电感l 产生阻抗 二 电压驱动模式 图中差模电压源udm 直接驱动天线的两个部分，即上金属部分 和下金属部分，从而产生共模辐射 ca为上下两部分金属之间的分布电容。 三 磁耦合驱动模式 差模工作信号在小回路中流动时，电缆、金属外壳、印制板及寄生电 容组成的大回路耦合到了小回路中的信号，使电缆中带有共模电流信 号，从而产生共模辐射 ems抗干扰原理 小结 emc测试存在差模与共模，但是以共模为主 emi测试与ems测试过程基本可逆 emc测试有一个共同点特点高频 emi问题是因为共模电流流过“等效天线”或lisn，ems问题是因为共模电流流 过pcb 产品中时，相关差模电压、电流和共模电压、电流总是在相互转化的 产品接地选择 对于浮地产品来说，我们无法阻止干扰电流流过pcb 对于接地产品来说，接地点对共模电流的路径起着重要作用 案例 产品的机械结构构架 问题点： 接地点远离电源输入口，接地路径长，接地效果低 接地远离信号线1，导致干扰电流流过互连排线及pcb 信号线1和信号线2分别在pcb板的两端 互连问题 产品内部互连连接器或互连电缆影响产品抗干扰能力的主要原因是互连连接 器或互连电缆的寄生电感而导致在高频下的高阻抗 rf回路较大，产生较大的辐射 时钟线rf回路较大，并处于一种很差的位置，不同信号的信号回路相互嵌套 各个信号线之间没有地信号隔离，容性耦合引起的串扰也将加剧 地针太少，其地针引起的总体等效寄生电感较大，rf回流将产生较高的共模 压降，引起电流驱动模式的共模辐射。 屏蔽电缆猪尾巴效应 小结 产品内部工作地与大地之间连接位置必须要能避免共模电流流过产品内部电路 板。接地点的位置必须要靠近注入共模干扰电流的i/o端口 当产品需要用扁平电缆或类似互连电缆或连接器时 须把连接器中的地与连接器的金属外壳在互连线的两端直接相连或通过电容相连 对于排线扁平电缆或类似互连电缆来说必须有地平面存在 或者所有连接器和排线中的信号需要做滤波处理 产品中所有外部输入输出非屏蔽电缆中的信号都要进行滤波处理 屏蔽电缆的屏蔽层必须在连接器入口处与接地的金属板或金属连接器外壳相连 ，并做360度搭接或与浮地系统的gnd相连 电路原理图分析 单端信号干扰机理 差分信号干扰机理 数字电路噪声承受能力 小结 共模干扰电流进入pcb后，大部分流向地平面 地平面阻抗不等于零，使共模电流转化成差模电压 差模电压才是真正可以对电路直接形成“干扰电压” 差模干扰电压超过电路正常工作电压时，干扰就产生 emi和ems问题基本相反 电路原理图的分析思路 电路原理图的emc风险分析是建立在对原理图进行划分的基础上的 u将“脏”电路部分找出，用红色标注 需要进行emc测试的i/o线 不直接进行干扰测试，但是与干扰噪声源有直接容性耦合的器件和电路 u找出电路中的滤波电容与去耦电容，用蓝色标注 i/o端口的滤波电容 各个芯片的电源去耦电容 内部pcb互连信号线上的滤波电容 u找出电路中干净的信号线、器件及电路，用绿色标注 u找出电路中那些必须进行特殊处理的信号线（时钟线，开关电源的开关噪声回 路、复位信号线、低电平模拟信号线、高速信号线）并用另一种特殊的眼神标准 ，如紫色 实例： 那些脏电路和信号线（被标注为红色的信号线），如果与其相连的i/o电缆为 非屏蔽线，那么这些信号至少具有滤波电容 产品中是否存在有不带地平面的扁平电缆或类似互连电缆，当这些扁平电缆或 类似互连电缆有共模电流流过时，就必须对这些扁平电缆或类似互连电缆中的所 有信号进行滤波处理，而且滤波电路至少包含有一个电容。 产品中是否存在这样一些线缆和器件，这些线缆或器件虽然不直接进行emc 测试，但是其与干扰噪声源和参考地板之间有直接容性耦合。这些线缆或器件所 在的端口虽然不进行测试，但是所在的电缆、器件与参考接地平面之间存在较大 的寄生电容，使得共模电流会流过这些端口。因此这些线缆和器件所在的端口上 的信号有必要进行滤波处理。 芯片的每个电源管腿是否至少有一个去耦电容 敏感电路端口的滤波处理： 外部中断（irq）端口 复位（reset）管脚 低电平模拟信号 高输入阻抗信号 小结 将原理图按emc属性进行四类分区 划分属性的过程也是检查滤波电路设计是否合理的过程 原理图在原理上要提供能使共模干扰电流流向金属外壳、参考地、工作地的路 径 滤波电路总是落在不同属性的电路交界处 pcb布局布线 层叠设计： gnd、agnd等地平面及vcc等电源平面在pcb层中的位置 对于浮地设备来说，大多数情况下，可以把gnd层当成是屏蔽层，用来泄放 共模干扰电流，agnd必须放置在没有被共模干扰耦合到的层和位置。 pcb板电源层数由其电源种类数量决定；对于单一电源供电的pcb，一个电 源平面足够了。 每个电源平面的设置需满足一下条件： 单一电源或多种互不交错的电源 相邻层的关键信号不跨分割区 地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑： 元件面下面（第二层或倒数第二层）有相对完整的地平面 高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面 关键电源有一对应地平面相邻 pcb各层的分配建议： 元件下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面 所有信号层尽可能与地平面相邻 尽量避免两信号层直接相邻 主电源尽可能与其对应地相邻 例如，下表是6层板的分布排列的一些组合方式 滤波电容的放置 滤波电容通常放置在被滤波器件的相应管腿附近，或在共模电流泄放的路径中 。所有的滤波电容的连接不能用长线方式，而要保证低阻抗的连接，比较好的做 法是，滤波电容引线长宽比小于3，至少要做到小于5 地平面完整性的意义 阻抗计算 地平面厚度对阻抗的影响： 完整地平面对pcb emi水平的意义 u高速信号的回流峰值电流密度位于走线的中心正下方并从走线的两边快速衰减 ，通常90%的信号回流的电流密度分布在10倍的h u多层pcb中地平面上，信号印制线对应的一个较大的范围内的任何过孔或裂 缝都会影响镜像平面的完整性而产生emc问题 小结 相互通信芯片管腿间地平面要完整 为饿了维持地平面的完整性，pcb板上信号走线尽量不换层 严禁出现多个过孔造成地平面裂缝或开槽 高速信号线“镜像”区域地平面要完整，不能有过孔和开槽 信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至 可以在pcb板上大量放置一些多余的接地过孔 串扰分析 容性串扰： 感性串扰 地平面可降低印制线间的串扰 包地可减小串扰 小结 容性串扰发生的主要干扰源是高dv/dt 的信号线，感性串扰发生的主要干