PCB的电磁兼容设计规范

1、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( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 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被驱动电路被驱动电路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电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 2

2、002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：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电源线电感储能电容储能电容这个环路尽量小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 = dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间dt内，电源线上出内，电源

3、线上出现了瞬间电流现了瞬间电流dI，dI导致导致了电源线上出现电压跌落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增强解耦效果的方法电源电源地地铁氧体铁氧体注意铁氧体安装的位置注意铁氧体安装的位置接地线面接地线面细线细线粗线粗线用铁氧体增加用铁氧体增加电源端阻抗电源端阻抗用细线增加电用细线增加电源端阻抗源端阻抗杨继深 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差模辐射共模辐射共模辐射电流环电流环杆天线杆天线杨继深 2002年4月电流环路产生的辐射近场区内近场区内: H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA

4、/ (2 D2) V/m ZW = Z0（2 D/ ） 远场区内远场区内: H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 AI随频率、距离增加而增加 Z0 f、D杨继深 2002年4月导线的辐射近场区内近场区内: H = I L / (4 D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW = Z0（ /2 D） 远场区内远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI L随频率、距离增加而减小 Z0 f、D杨继深 2002年4月实际电路的辐射ZGZLVZC =

5、 ZG + ZL近场：近场：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）远场：远场： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）环路面积环路面积 = AI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：考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /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频谱包络线差模辐射频率特性线差模辐射频率特性线脉冲的差模辐射包络线脉冲的差模辐射包络线 1/ d 1/ tr40

6、dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec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 ） 4MHz 10 30 100 4000B 40 6 1000 400 74HC 6 20 50 45 18 6 74LS 6 50 20 18 7.2 2.4 74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75 0.25 74F 3 80 5.5 2.2 0.75 0.25

7、 74AS 1.4 120 2 0.8 3 0.15 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 = 2.6 I A f 2 / D低通滤波器低通滤波器布线杨继深 2002年4月电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m所有电路加电工作所有电路加电工作只有时钟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

8、例68HC1174HC00AB连接连接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信号1电源层电源层地线层地线层信号信号2低频高频DC0.5 1 10 100 1G110地线面的阻抗，地线面的阻抗，m / 平方平方地线面具有很小的地线阻抗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模拟地数字地数字地A/D变换器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB杨继深 2002年4月过孔的阻抗1.5mm PGA128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100与过孔

9、之间的距离与过孔之间的距离 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一部分信号回流经过ABCDABCD最好最好较好较好差差较好，但端接困难较好，但端接困难扁平电缆这两处都有地线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/地线信号线电源电源信号线+电源+地线电源/地线电源电源杨继深 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机箱内的机箱内的所有信

10、号所有信号都会通过都会通过电缆辐射！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近场区内近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m远场区内远场区内: E = 0.63 I L f / D V/m考虑地面反射：考虑地面反射： E = 1.26 I L f / D V/mL /2或或 /4时：时： E = 120I / D V/m电缆长度：电缆长度：L杨继深 2002年4月共模电流的测量共模电流的测量电流卡钳电流卡钳频谱分析仪频谱分析仪VdB VICM被测电流被测电

11、流 IV传输阻抗：传输阻抗：ZT = V / I 杨继深 2002年4月怎样减小共模辐射 E = 1.26 I L f / D 共模滤波共模滤波共模扼流圈共模扼流圈减小共模电压减小共模电压使用尽量使用尽量短的电缆短的电缆共模滤波共模滤波电缆屏蔽电缆屏蔽杨继深 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共模回路共模回路改善量改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =

12、20 lg ( 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1 10 100 100012545001250600300个30个0.1 1 10 100 1000匝1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信号滤波器隔离变压器/光耦隔离器桥壕沟壕沟时钟电路、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CMOS TTL上升时间 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns带宽 BW 320kHz 6MHz

13、 3.2MHz 32MHz总阻抗 R 120 100 300 100150最大电容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF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辐射环路辐射环路VIZT = V / I杨继深 2002年4月不同屏蔽层的传输阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000传输阻抗（传输阻抗（m /m）Hz铝箔铝箔单层编织单层编织最佳单层编织最佳单层编织双层编织双层编织双层编织双层编织 + 一层一层 金属金属双层编织 + 双层金属实心铜实心铜杨继深 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