PCB板电磁兼容设计

1、中国赛宝实验室中国赛宝实验室工业和信息化部电子第五研究所工业和信息化部电子第五研究所Since 1955科学公正科学公正服务价值服务价值PCBPCB板级电磁兼容设计板级电磁兼容设计中国赛宝实验室中国赛宝实验室赛宝质量安全检测中心：朱文立赛宝质量安全检测中心：朱文立TELFAX-Mail: 2/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术内容内容关键元器关键元器件的选择件的选择产品设计流程

2、产品设计流程板级电磁兼容设计流程框图板级电磁兼容设计流程框图电路的选电路的选择和设计择和设计印制电路印制电路板的设计板的设计信号完整信号完整性设计性设计接地接地设计设计滤波技术滤波技术应用应用时钟电路时钟电路的设计的设计开关电源开关电源设计设计前期电磁兼容设计前期电磁兼容设计中期电磁兼容设计中期电磁兼容设计单元电磁兼容设计单元电磁兼容设计设计时请设计时请注意先后注意先后次序次序3/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术关键元器件的选择关键元器件的选择无源器件的选用无源器件的选用开关元件的选用开关元件的选用 磁

3、性元件的选用磁性元件的选用 连接器件的选用连接器件的选用 元器件选择元器件选择的一般规则的一般规则 模拟与逻辑有源模拟与逻辑有源器件的选用器件的选用 关键元器关键元器件的选择件的选择作为整机的基作为整机的基本单元构件，本单元构件，元器件的合理元器件的合理选择是整机的选择是整机的电磁兼容符合电磁兼容符合性的基石。性的基石。4/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1 关键元器件的选择关键元器件的选择n在大多数情况下，电路的基本元件满足在大多数情况下，电路的基本元件满足EMC的程度将决定着功的程度将决定着功能单元

4、和最后的设备满能单元和最后的设备满EMC的程度。的程度。n实际的元件并不是实际的元件并不是“理想理想”的，本身可能就是一个干扰源或敏的，本身可能就是一个干扰源或敏感设备。感设备。n选择合适的电子元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术：选择合适的电子元件的主要准则包括带外特性和电路装配技术：n因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性因为是否能实现电磁兼容性往往是由远离基频的元件响应特性来决定的。来决定的。n有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。n而在许多情况下，电路装配又决定着带外响应和不同电路元件而在许多情况下，电路装配

5、又决定着带外响应和不同电路元件之间互相耦合的程度。之间互相耦合的程度。5/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术无源器件的选用无源器件的选用电阻器的选用电阻器的选用 电容器的选用电容器的选用 二极管的选用二极管的选用 无源器件无源器件的选用的选用有源器件产生有源器件产生的干扰一般通的干扰一般通过无源器件向过无源器件向外发射，也可外发射，也可通过无源器件通过无源器件来消除。来消除。6/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.

6、1 无源器件的选用无源器件的选用n所有的无源器件都包含寄生电阻，电容和电感。所有的无源器件都包含寄生电阻，电容和电感。n在电磁兼容问题容易发生的高频段，这些寄生参数经常占主导在电磁兼容问题容易发生的高频段，这些寄生参数经常占主导地位，并使器件功能彻底发生变化。地位，并使器件功能彻底发生变化。n例如，在高频电路中，碳膜电阻或者变成电容（由于旁路电容例如，在高频电路中，碳膜电阻或者变成电容（由于旁路电容C），或者变成电感（由于引线自感和螺线）；），或者变成电感（由于引线自感和螺线）；n线绕电阻在几千赫兹以上因其绕线电感的存在是不适合使用的；线绕电阻在几千赫兹以上因其绕线电感的存在是不适合使用的；n

7、电容由于其内部结构和其外引线自感的影响会发生谐振，超过电容由于其内部结构和其外引线自感的影响会发生谐振，超过第一个谐振频率点后，就呈现显著的感抗。第一个谐振频率点后，就呈现显著的感抗。7/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n有两类基本的电子元件：有引脚的和无引脚的元件。有两类基本的电子元件：有引脚的和无引脚的元件。n有引脚线元件有寄生效果，尤其在高频时。该引脚形成了一个有引脚线元件有寄生效果，尤其在高频时。该引脚形成了一个小电感。引脚的末端也能产生一个小电容性的效应。因此，引小电感。引脚的末端也能产生一个

8、小电容性的效应。因此，引脚的长度应尽可能的短。脚的长度应尽可能的短。n无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些。n从电磁兼容性看，表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚从电磁兼容性看，表面贴装元件效果最好，其次是放射状引脚元件，最后是轴向平行引脚的元件。元件，最后是轴向平行引脚的元件。n表面贴片元件比其它元件寄生参数小得多，而且能在直到很高表面贴片元件比其它元件寄生参数小得多，而且能在直到很高的频率提供令人满意的参数。比如，贴片电阻（的频率提供令人满意的参数。比如，贴片电阻（1k以下）在以下）在1GHz时仍保持电阻性。时仍保持电阻性。8/227中国赛宝

9、实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.1.1 电阻器的选用：电阻器的选用：n 表面贴装电阻总是优于有引脚电阻。表面贴装电阻总是优于有引脚电阻。n 对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕电阻。电阻。n 由于在相对低的工作频率下（约由于在相对低的工作频率下（约MHz数量级），金属膜电阻是主要的辅数量级），金属膜电阻是主要的辅助元件，因其适合于高准确度电路。助元件，因其适合于高准确度电路。n 线绕电阻有很强的电感特性，不适合使用在线绕电阻有

10、很强的电感特性，不适合使用在50kHz以上频率的电路中，以上频率的电路中，在对频率敏感的应用中也不能用它。在对频率敏感的应用中也不能用它。n 在放大器的设计中，增益控制电阻的位置应该尽可能的靠近放大器电路在放大器的设计中，增益控制电阻的位置应该尽可能的靠近放大器电路以减少电路板的电感。以减少电路板的电感。n 在上拉在上拉/下拉电阻的电路中，所有的偏置电阻必须尽可能靠近有源器件下拉电阻的电路中，所有的偏置电阻必须尽可能靠近有源器件及它的电源和地。及它的电源和地。n 在稳压（整流）或参考电路中，直流偏置电阻应尽可能地靠近有源器件在稳压（整流）或参考电路中，直流偏置电阻应尽可能地靠近有源器件以减轻去

11、耦效应。以减轻去耦效应。n 在在RC滤波网络中，最好使用无感电阻器和贴片电阻器，以获得较好的高滤波网络中，最好使用无感电阻器和贴片电阻器，以获得较好的高频特性。频特性。n 压敏电阻器通常用在电源电路和与室外连接的控制和通讯接口电路，它压敏电阻器通常用在电源电路和与室外连接的控制和通讯接口电路，它能取到很好的防雷击浪涌效果。能取到很好的防雷击浪涌效果。9/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.1.2 电容器的选用：电容器的选用：n 铝质电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，铝质电解电容通常是

12、在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，使得该部分的内部感抗增加。使得该部分的内部感抗增加。n 钽电容由一块带直板和引脚连接点的绝缘体制成，其内部感抗低于钽电容由一块带直板和引脚连接点的绝缘体制成，其内部感抗低于铝电解电容。铝电解电容。n 陶瓷电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含多个平行的金属片。其主要陶瓷电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含多个平行的金属片。其主要寄生为片结构的感抗。寄生为片结构的感抗。n 铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。波器领域。n 在中频范围内（从在中频范围内（从kHz到到MHz），陶质电容

13、比较适合，常用于去耦电），陶质电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。路和高频滤波。n 特殊的低损耗（通常价格比较昂贵）陶瓷电容和云母电容适合于甚特殊的低损耗（通常价格比较昂贵）陶瓷电容和云母电容适合于甚高频应用和微波电路。高频应用和微波电路。n 电容具有低的电容具有低的ESR（即等效串联电阻）值是很重要的，因为它会对信（即等效串联电阻）值是很重要的，因为它会对信号造成大的衰减。号造成大的衰减。10/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术旁路电容：旁路电容：n 旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而吸收那

14、些不需要的高频旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而吸收那些不需要的高频能量。能量。n 旁路电容一般作为高频分路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。旁路电容一般作为高频分路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。n 通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于通常铝电解电容和钽电容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板板上的瞬态电流需求。上的瞬态电流需求。去耦电容：去耦电容：n 去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。n

15、 实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助实际上，旁路电容和去耦电容都应该尽可能放在靠近电源输入处以帮助高频噪声。高频噪声。n 为了得到更好的为了得到更好的EMC特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块特性，去耦电容还应尽可能地靠近每个集成块（IC）。）。n 陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快的滤除信号的上升时间和下降陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快的滤除信号的上升时间和下降时间。时间。n 为了去耦，应该选择为了去耦，应该选择ESR值低于值低于1欧姆的电容。欧姆的电容。11/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁

16、兼容设计技术板级电磁兼容设计技术用于信号线滤波的三端电容用于信号线滤波的三端电容12/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术三端电容的符号三端电容的符号贴片式贴片式三端电容三端电容三端电容的插入损耗三端电容的插入损耗13/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术三端电容的不足三端电容的不足14/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术穿心电容（

17、馈通滤波器）穿心电容（馈通滤波器）15/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术穿心电容结构穿心电容结构及安装及安装穿心电容穿心电容插入损耗插入损耗16/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术电容谐振：电容谐振：n 如图如图1所示，电容在低于谐振频率时呈现容性，而后，电容将因为引所示，电容在低于谐振频率时呈现容性，而后，电容将因为引线长度和布线自感呈现感性。表线长度和布线自感呈现感性。表1则出了两种陶瓷电容的谐振频率。则出了两

18、种陶瓷电容的谐振频率。我们看到表面贴装类型的谐振频率是通孔插装类型的两倍。我们看到表面贴装类型的谐振频率是通孔插装类型的两倍。表表1 : 电容的谐振频率电容的谐振频率电容值电容值通孔插装通孔插装（0.25引线）引线）表面贴装表面贴装（0805）1.0F2.5MHz5MHz0.1F8MHz16MHz0.01F25MHz50MHz1000pF80MHz160MHz100pF250MHz500MHz10pF800MHz1600MHz图图1 电容谐振特性电容谐振特性Z5U（钡钛酸盐）（钡钛酸盐） NPO（银钛酸盐）（银钛酸盐）17/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五

19、研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术 n 另一个影响去耦效力的因素是电容的绝缘材料。另一个影响去耦效力的因素是电容的绝缘材料。n 去耦电容的制造中常使用钡钛酸盐（去耦电容的制造中常使用钡钛酸盐（Z5U）和银钛酸盐（）和银钛酸盐（NPO）这两种材料。）这两种材料。n Z5U具有较大的介电常数，更适合用作低频去耦。具有较大的介电常数，更适合用作低频去耦。n NPO具有较低的介电常数，用作具有较低的介电常数，用作50MHz以上频率的去耦。以上频率的去耦。n 将两个谐振频率不同的去耦电容并联，可以在更宽的频谱分布范围内降低将两个谐振频率不同的去耦电容并联，可以在更宽的频谱分布范围内降

20、低电源网络产生的开关噪声。电源网络产生的开关噪声。n 能提供更宽的布线以减小引线自感，因此也就能更有效的改善去耦能力。能提供更宽的布线以减小引线自感，因此也就能更有效的改善去耦能力。n 两个电容的取值应相差两个数量级以提供更有效的去耦。两个电容的取值应相差两个数量级以提供更有效的去耦。18/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n数字电路的去耦，低的数字电路的去耦，低的ESR值比谐振频率更为重要。值比谐振频率更为重要。n在交流电源电路中使用的电容，一定要注意其性质和耐压在交流电源电路中使用的电容，一定要注意其

21、性质和耐压等级。等级。n在交流电源火线与火线、火线与零线间须使用在交流电源火线与火线、火线与零线间须使用X电容；电容；n火线与地线间、零线与地线间须使用火线与地线间、零线与地线间须使用Y电容；电容；n对开关电源初级地与次级地之间的隔离电容也需使用对开关电源初级地与次级地之间的隔离电容也需使用Y电电容。容。19/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.1.3 二极管的选用：二极管的选用：特性特性EMC应用应用注释注释整流二极管整流二极管大电流；慢响应；低功耗大电流；慢响应；低功耗无无电源电源肖特基二极管肖特基

22、二极管低正向压降；高电流密度；低正向压降；高电流密度；快速反向恢复时间快速反向恢复时间快速瞬态信号和快速瞬态信号和尖脉冲保护尖脉冲保护开关式电源开关式电源齐纳二极管齐纳二极管反向模式工作；快速反向反向模式工作；快速反向电压过渡；用于嵌位正向电压过渡；用于嵌位正向电压电压ESD保护；过电压保护；过电压保护；低电容高数保护；低电容高数据率信号保护据率信号保护发光二极管发光二极管（LED）正向工作模式；正向工作模式；不受不受EMC影响影响无无当当LED安装在远离安装在远离PCB外面板上作发光外面板上作发光指示时会发生辐射指示时会发生辐射瞬态电压抑制二瞬态电压抑制二极管（极管（TVS）类似齐纳二极管工

23、作于雪崩类似齐纳二极管工作于雪崩模式：宽嵌位电压；嵌位正模式：宽嵌位电压；嵌位正向和负向瞬态过渡电压向和负向瞬态过渡电压抑止抑止ESD激发瞬时激发瞬时高电压高电压/抑止瞬时抑止瞬时尖脉冲尖脉冲变阻二极管变阻二极管(VDR：电压随电阻变化：电压随电阻变化)(MOV：氧化金属变阻器：氧化金属变阻器)覆盖金属的陶瓷粒覆盖金属的陶瓷粒ESD保护；高压保护；高压和高瞬时保护和高瞬时保护可选齐纳二极可选齐纳二极管和管和TVS表表2 ：二极管特性：二极管特性 20/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 二极管是抑制尖峰

24、电压噪声源的最有效的器件之一。二极管是抑制尖峰电压噪声源的最有效的器件之一。n 图图2中的二极管用于抑制高压开关的尖峰电压。图中的二极管用于抑制高压开关的尖峰电压。图3是典型的变压和整流电是典型的变压和整流电路，路，D2是肖特基或齐纳二极管，用于抑制滤波后的尖峰瞬态噪声电压。是肖特基或齐纳二极管，用于抑制滤波后的尖峰瞬态噪声电压。n 无论有刷还是无刷电机，当电机运行时，都需要噪声抑制二极管抑制电刷无论有刷还是无刷电机，当电机运行时，都需要噪声抑制二极管抑制电刷噪声或换向噪声。噪声或换向噪声。n 在电源输入电路中，需要用在电源输入电路中，需要用TVS或或MOV进行噪声抑制。进行噪声抑制。TVS也

25、可以解决信号也可以解决信号接口的静电放电问题。接口的静电放电问题。图图2：开关尖峰抑制：开关尖峰抑制图图3：变压器尖峰抑制：变压器尖峰抑制21/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n无源元器件，无论是电阻、电容、电感均为组成滤波器的重要无源元器件，无论是电阻、电容、电感均为组成滤波器的重要部分。部分。n当将无源器件在高频下使用时，了解所有的寄生参数是十分有当将无源器件在高频下使用时，了解所有的寄生参数是十分有用的。用的。n合格器件的生产厂商向用户提供了产品有关的寄生数据，有时合格器件的生产厂商向用户提供了产

26、品有关的寄生数据，有时甚至还提供宽频带范围的阻抗特性（这些常常揭示出器件自身甚至还提供宽频带范围的阻抗特性（这些常常揭示出器件自身的谐振）。的谐振）。n有些无源器件需安全评定，尤其是连到危险电压上的所有器件。有些无源器件需安全评定，尤其是连到危险电压上的所有器件。n如果在高速信号的场合或要满足如果在高速信号的场合或要满足EMC的场合使用寄生参数未知的场合使用寄生参数未知的无源器件，可能要进行多次设计，并有可能会推迟产品推上的无源器件，可能要进行多次设计，并有可能会推迟产品推上市场的时间。市场的时间。22/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电

27、磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术模拟与逻辑有源器件的选用模拟与逻辑有源器件的选用模拟器件的选择模拟器件的选择 逻辑器件的选择逻辑器件的选择 IC插座及插座及IC封装选择封装选择 模拟与逻辑有源模拟与逻辑有源器件的选用器件的选用干扰的干扰的来源来源23/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.2 模拟与逻辑有源器件的选用模拟与逻辑有源器件的选用n 有源器件可分为调谐器件和基本频带器件。有源器件可分为调谐器件和基本频带器件。n 调谐器件起带通元件作用，其频率特性包括：中心频率、带宽、选择性调谐器件起带通元件作

28、用，其频率特性包括：中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应。和带外乱真响应。n 基本频带器件起低通元件作用，其频率特性包括：截止频率、通带特性、基本频带器件起低通元件作用，其频率特性包括：截止频率、通带特性、带外抑制特性和乱真响应。带外抑制特性和乱真响应。n 此外还有输入阻抗特性和输入端的平衡此外还有输入阻抗特性和输入端的平衡/不平衡特性等。不平衡特性等。n 有源器件有两种电磁发射源：有源器件有两种电磁发射源：n 传导干扰通过电源线、接地线和互连线进行传输，随频率增加而增加；传导干扰通过电源线、接地线和互连线进行传输，随频率增加而增加；n 辐射干扰通过器件本身或通过互连线进行辐射，随频率的平方而

29、增加。辐射干扰通过器件本身或通过互连线进行辐射，随频率的平方而增加。n 瞬态地电流是传导干扰和辐射干扰的一种骚扰源，减少瞬态地电流必须瞬态地电流是传导干扰和辐射干扰的一种骚扰源，减少瞬态地电流必须减小接地阻抗和使用去耦电容。减小接地阻抗和使用去耦电容。n 逻辑器件的敏感度特性取决于直流噪声容限和噪声抗扰度。逻辑器件的逻辑器件的敏感度特性取决于直流噪声容限和噪声抗扰度。逻辑器件的翻转时间越短，所占频谱越宽。翻转时间越短，所占频谱越宽。n 为此，应在保证实现功能的前提下，尽可能增加信号的上升为此，应在保证实现功能的前提下，尽可能增加信号的上升/下降时间。下降时间。24/227中国赛宝实验室中国赛宝

30、实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.2.1 模拟器件的选择：模拟器件的选择：n模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带宽，而灵敏度以器件模拟器件的敏感度特性取决于灵敏度和带宽，而灵敏度以器件的固有噪声为基础。的固有噪声为基础。n从电磁兼容的角度，希望发射、转换速率、电压波动、输出驱从电磁兼容的角度，希望发射、转换速率、电压波动、输出驱动能力要尽量小；动能力要尽量小；n对大多数有源模拟器件而，抗扰度是一个值得考虑的重要因素。对大多数有源模拟器件而，抗扰度是一个值得考虑的重要因素。n来自不同厂商的同一型号及指标的运算放大器，可有明显不同来

31、自不同厂商的同一型号及指标的运算放大器，可有明显不同的电磁兼容性能，因此确保后续产品性能参数的一致性是十分的电磁兼容性能，因此确保后续产品性能参数的一致性是十分重要的。重要的。n敏感模拟器件的厂商提供电磁兼容或电路设计上的信噪处理技敏感模拟器件的厂商提供电磁兼容或电路设计上的信噪处理技巧或巧或PCB布局，这表明他们关心用户的需求，有助于用户在购布局，这表明他们关心用户的需求，有助于用户在购买时权衡利弊。买时权衡利弊。25/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.2.2 逻辑器件的选择：逻辑器件的选择：n大部

32、分数字大部分数字IC生产商都至少能生产某一系列辐射较低的器件，生产商都至少能生产某一系列辐射较低的器件，同时也能生产几种抗同时也能生产几种抗ESD的的I/O芯片，有些厂商还可供应电磁兼芯片，有些厂商还可供应电磁兼容性能良好的容性能良好的VLSI。n大多数数字电路采用方波信号同步，这将产生高次谐波分量。大多数数字电路采用方波信号同步，这将产生高次谐波分量。n在满足产品技术指标的前提下应尽量选择低速时钟。在在满足产品技术指标的前提下应尽量选择低速时钟。在HC系列系列器件适用时绝不要使用器件适用时绝不要使用AC系列器件，系列器件，CMOS4000系列器件适用系列器件适用就不要用就不要用HC系列器件。

33、系列器件。n必要时，应选择集成度高并有电磁兼容特性的集成电路。必要时，应选择集成度高并有电磁兼容特性的集成电路。n由不同厂家生产的具有相同型号及指标的器件也能有显著不同由不同厂家生产的具有相同型号及指标的器件也能有显著不同的电磁兼容特性，这一点对于确保陆续生产的产品具有稳定的的电磁兼容特性，这一点对于确保陆续生产的产品具有稳定的电磁兼容符合性是很重要的。电磁兼容符合性是很重要的。26/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n高技术集成电路的生产商可以提供详尽的电磁兼容设计说明。高技术集成电路的生产商可以提供详

34、尽的电磁兼容设计说明。设计人员要了解这些并严格按要求去做。设计人员要了解这些并严格按要求去做。n详尽的电磁兼容设计建议表明：生产商关心的是用户的真正详尽的电磁兼容设计建议表明：生产商关心的是用户的真正需求，这在选择器件时是必须考虑的因素。需求，这在选择器件时是必须考虑的因素。n在早期设计阶段，如果在早期设计阶段，如果IC的电磁兼容特性不清楚，可以通过的电磁兼容特性不清楚，可以通过一简单功能电路（至少时钟电路要工作）进行各种电磁兼容一简单功能电路（至少时钟电路要工作）进行各种电磁兼容测试，条件允许时要尽量在高速数据传输状态完成操作。测试，条件允许时要尽量在高速数据传输状态完成操作。n发射测试可方

35、便地在一标准测试台上进行，用来筛选那些明发射测试可方便地在一标准测试台上进行，用来筛选那些明显地比其他一些器件噪声小得多的器件。显地比其他一些器件噪声小得多的器件。n测试抗扰度可采用同样的方式进行，以寻找能承受更大干扰测试抗扰度可采用同样的方式进行，以寻找能承受更大干扰的器件。的器件。27/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.2.3 IC插座及插座及IC封装选择：封装选择：nIC座对电磁兼容很不利，建议直接在座对电磁兼容很不利，建议直接在PCB上焊接表贴芯片。上焊接表贴芯片。n具有较短引线和体积较小的具

36、有较短引线和体积较小的IC芯片则更好，芯片则更好，BGA及类似芯片封及类似芯片封装的装的IC在目前是最好的选择。在目前是最好的选择。n安装在座上的（更糟的是插座本身带有电池）安装在座上的（更糟的是插座本身带有电池）IC的发射及敏感的发射及敏感特性经常会使一个本来良好的设计变坏。因此，最好采用直接特性经常会使一个本来良好的设计变坏。因此，最好采用直接焊接到电路板上的表贴焊接到电路板上的表贴IC。n带有带有ZIF座和在处理器（能方便升级）上用弹簧安装散热片的母座和在处理器（能方便升级）上用弹簧安装散热片的母板，需要额外的滤波和屏蔽。板，需要额外的滤波和屏蔽。n即使如此，选择内部引线最短的表贴即使如

37、此，选择内部引线最短的表贴ZIF座也是有好处的。座也是有好处的。28/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.3 磁性元件的选用磁性元件的选用n 磁性元件是一种可以将磁场和电场联系起来的元件，与磁场互相作用磁性元件是一种可以将磁场和电场联系起来的元件，与磁场互相作用的能力使其潜在地比其他元件更为敏感。此元件一方面会产生令人讨的能力使其潜在地比其他元件更为敏感。此元件一方面会产生令人讨厌的电磁干扰，同时它又是抑止电磁干扰不可或缺的器件。厌的电磁干扰，同时它又是抑止电磁干扰不可或缺的器件。n 图图4所示是两种基

38、本类型的电感：开环和闭环。所示是两种基本类型的电感：开环和闭环。n 它们的不同在于内部的磁场环。它们的不同在于内部的磁场环。n 在开环设计中，磁场通过空气闭合，这将引起辐射并带来电磁干扰在开环设计中，磁场通过空气闭合，这将引起辐射并带来电磁干扰（EMI）问题。）问题。n 而闭环设计中，磁场通过磁芯完成磁路，其电磁特性更理想。而闭环设计中，磁场通过磁芯完成磁路，其电磁特性更理想。图图4 电感中的磁场电感中的磁场29/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 电感没有寄生感抗，因此表面贴装类型和引线类型没有什么差

39、别。电感没有寄生感抗，因此表面贴装类型和引线类型没有什么差别。n 如图如图5所示，在选择开环电感时，绕轴式比棒式或螺线管式更好，因所示，在选择开环电感时，绕轴式比棒式或螺线管式更好，因为这样磁场将被控制在磁芯体的局部范围。为这样磁场将被控制在磁芯体的局部范围。n 对闭环电感来说，磁场被完全控制在磁心。对闭环电感来说，磁场被完全控制在磁心。n 螺旋环状的闭环电感的一个优点是：它不仅将磁环控制在磁心，还螺旋环状的闭环电感的一个优点是：它不仅将磁环控制在磁心，还可以自行消除所有外来的附带场辐射。可以自行消除所有外来的附带场辐射。 图图5：开环电感：开环电感30/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工

40、信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n电感的磁芯材料主要有两种：铁和铁氧体。电感的磁芯材料主要有两种：铁和铁氧体。n铁磁芯电感用于低频场合（几十铁磁芯电感用于低频场合（几十kHz），而铁氧体磁芯电感用），而铁氧体磁芯电感用于高频场合（到于高频场合（到MHz）。）。n因此铁氧体磁芯电感更适合于电磁兼容应用。因此铁氧体磁芯电感更适合于电磁兼容应用。n铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上滤铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上滤除高频干扰，吸收瞬态脉冲。除高频干扰，吸收瞬态脉冲。n在电磁兼容应用中特别使用了两种特殊的电感

41、类型：铁氧体磁在电磁兼容应用中特别使用了两种特殊的电感类型：铁氧体磁珠和铁氧体磁夹（环）。珠和铁氧体磁夹（环）。n铁氧体磁珠是单环电感，通常单股导线穿过铁氧体型材而形成铁氧体磁珠是单环电感，通常单股导线穿过铁氧体型材而形成单环。这种器件在高频范围的衰减约为单环。这种器件在高频范围的衰减约为10dB，而直流的衰减量，而直流的衰减量很小。很小。n类似铁氧体磁珠，铁氧体夹在高达类似铁氧体磁珠，铁氧体夹在高达MHz的频率范围内的共模的频率范围内的共模（CM）和差模（）和差模（DM）的衰减均可达到）的衰减均可达到10dB至至20dB。31/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电

42、子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术常见常见插脚磁珠插脚磁珠常见贴片磁珠和磁珠排常见贴片磁珠和磁珠排32/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术高频磁珠参数曲线高频磁珠参数曲线33/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。n 对于抑制电磁干扰用的铁氧体，它的等效电路为由电感对于抑制电磁干扰用的铁氧体，它的等效电路为由电感

43、L和电阻和电阻R组组成的串联电路，其中成的串联电路，其中L和和R都是频率的函数，随着频率增加而增加。都是频率的函数，随着频率增加而增加。n 铁氧体电感串连在信号通道可构成了一个低通滤波器：铁氧体电感串连在信号通道可构成了一个低通滤波器：n 低频时低频时R很小，很小，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；n 高频时高频时R增大，电磁干扰能量被吸收并转换成热能。增大，电磁干扰能量被吸收并转换成热能。n 通常铁氧体磁导率越高，抑制的频率就越低。通常铁氧体磁导率越高，抑制的频率就越低。n 此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好

44、。n 在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。制效果也越好。n 抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。n 铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。n 对于输入对于输入/输出电路，则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。输出电路，则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。34/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 电感器也是一种磁性

45、元件，它是构成滤波器的核心元件。电感器也是一种磁性元件，它是构成滤波器的核心元件。n 磁性元件还包括各种类型的变压器和磁耦合元件。磁性元件还包括各种类型的变压器和磁耦合元件。n 无论是电源变压器、开关变压器还是隔离变压器，它的高频特性直无论是电源变压器、开关变压器还是隔离变压器，它的高频特性直接影响到产品的电磁兼容传导骚扰特性和辐射骚扰特性，同时其磁接影响到产品的电磁兼容传导骚扰特性和辐射骚扰特性，同时其磁泄漏的大小直接影响到产品的内部干扰特性。泄漏的大小直接影响到产品的内部干扰特性。n 变压器线圈的绕制方式、磁芯材料的性质、磁芯的形状等直接会影变压器线圈的绕制方式、磁芯材料的性质、磁芯的形状

46、等直接会影响到整机的电磁兼容性能。响到整机的电磁兼容性能。n 当一个产品的电磁骚扰问题采用其它方式不能奏效时，不妨采用几当一个产品的电磁骚扰问题采用其它方式不能奏效时，不妨采用几种不同形式的变压器试试，或许会有意想不到的收获。种不同形式的变压器试试，或许会有意想不到的收获。n 磁耦合元件能传递交变信号，其参数直接会影响到产品向外辐射的磁耦合元件能传递交变信号，其参数直接会影响到产品向外辐射的能量的大小，频率特性等。能量的大小，频率特性等。n 对任何一个产品，传输通道的高频信号的选择是通过磁耦合元件的对任何一个产品，传输通道的高频信号的选择是通过磁耦合元件的调谐来实行的。调谐来实行的。35/22

47、7中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.4 开关元件的选用开关元件的选用n此处的开关元件指广义的开关元件，包括继电器（电磁继电此处的开关元件指广义的开关元件，包括继电器（电磁继电器、固态继电器）；传统意义上的接触开关；工作在功率电器、固态继电器）；传统意义上的接触开关；工作在功率电路中的开关元件如可控硅、晶闸管；工作在开关电源中的开路中的开关元件如可控硅、晶闸管；工作在开关电源中的开关管、开关变压器、整流管等。关管、开关变压器、整流管等。n这类电路有一个显著特点就是其工作在高压大电流电路的通这类电路有一个显著特

48、点就是其工作在高压大电流电路的通断状态，这些电路的连接中若存在储能元件，会在电路接通断状态，这些电路的连接中若存在储能元件，会在电路接通和断开瞬间产生远比正常工作状态大得多的高压或大电流，和断开瞬间产生远比正常工作状态大得多的高压或大电流，对外形成电磁骚扰，同时也会对这些元器件形成冲击，而影对外形成电磁骚扰，同时也会对这些元器件形成冲击，而影响其寿命。响其寿命。n选择能抑止通断瞬间产生的非正常高压或大电流的开关元件选择能抑止通断瞬间产生的非正常高压或大电流的开关元件和给这些开关元件增加必要的脉冲吸收电路和保护电路是非和给这些开关元件增加必要的脉冲吸收电路和保护电路是非常必要的。常必要的。36/

49、227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 对电磁继电器和传统意义上的接触开关来说，其开关为接触式机械对电磁继电器和传统意义上的接触开关来说，其开关为接触式机械开关，其开关瞬间的触点抖动和产生的拉弧会对同一供电网络上的开关，其开关瞬间的触点抖动和产生的拉弧会对同一供电网络上的其它设备产生传导骚扰，对附近工作的设备会产生辐射骚扰。其它设备产生传导骚扰，对附近工作的设备会产生辐射骚扰。n 应选用防触点抖动和具备灭弧功能的继电器和开关。应选用防触点抖动和具备灭弧功能的继电器和开关。n 对大功率负载应采用软启动的方式，

50、以降低其对开关触点的冲击和对大功率负载应采用软启动的方式，以降低其对开关触点的冲击和由此形成的电磁骚扰的大小。由此形成的电磁骚扰的大小。n 对电磁继电器来说，其驱动回路是典对电磁继电器来说，其驱动回路是典 型的开关状态下的感性回路，为保护型的开关状态下的感性回路，为保护 驱动元件，须在驱动线圈上增加脉冲驱动元件，须在驱动线圈上增加脉冲 吸收回路。见图吸收回路。见图6所示。所示。图图6：继电器的保护：继电器的保护37/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n对工作在功率电路中的可控硅、晶闸管和固态继电器，它们均

51、对工作在功率电路中的可控硅、晶闸管和固态继电器，它们均为半导体开关器件。为半导体开关器件。n若开关回路中有容性或感性负载存在，在电路通断瞬间会在半若开关回路中有容性或感性负载存在，在电路通断瞬间会在半导体器件两端产生非正常高压或大电流，不但会对电网形成冲导体器件两端产生非正常高压或大电流，不但会对电网形成冲击，同样对这些功率半导体器件可能会是致命的，因此，脉冲击，同样对这些功率半导体器件可能会是致命的，因此，脉冲吸收和保护回路是必不可少的。吸收和保护回路是必不可少的。n在交流电路中，对这些功率半导体器件采取过零触发的方式是在交流电路中，对这些功率半导体器件采取过零触发的方式是最佳选择。最佳选择

52、。n对大功率负载采用软启动的方式，在此处更加必要。对大功率负载采用软启动的方式，在此处更加必要。n对工作在开关电源中的开关管、开关变压器、整流管来说，由对工作在开关电源中的开关管、开关变压器、整流管来说，由于其工作在频率较高的脉冲工作状态，其情况比前两种工作状于其工作在频率较高的脉冲工作状态，其情况比前两种工作状态复杂得多，下面分别进行分析。态复杂得多，下面分别进行分析。38/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 对同一开关电源，不同特性的开关管进行辐射骚扰测试，整体骚扰最大对同一开关电源，不同特性的开关

53、管进行辐射骚扰测试，整体骚扰最大的与最小的可能相差的与最小的可能相差1520dB。对传导骚扰的频率高端，我们也发现同。对传导骚扰的频率高端，我们也发现同样的现象。这与开关管在设计中有否考虑电磁兼容有关。样的现象。这与开关管在设计中有否考虑电磁兼容有关。n 好的开关管在设计中考虑到了高频率抑制及开关瞬间的震荡并兼顾了转好的开关管在设计中考虑到了高频率抑制及开关瞬间的震荡并兼顾了转换效率，这种开关管成本可能会高些。换效率，这种开关管成本可能会高些。n 开关电源中，开关变压器对电磁兼容的影响表现在两个方面：一个是初开关电源中，开关变压器对电磁兼容的影响表现在两个方面：一个是初级线圈与次级线圈间的分布

54、电容级线圈与次级线圈间的分布电容Cd，一个是开关变压器的漏磁。，一个是开关变压器的漏磁。n 通过在初级线圈与次级线圈间加静电屏蔽层并引出接地，这样可以大大通过在初级线圈与次级线圈间加静电屏蔽层并引出接地，这样可以大大减小分布电容减小分布电容Cd，从而减少了初、次级的电场骚扰耦合。，从而减少了初、次级的电场骚扰耦合。n 为了减小开关变压器的漏磁，可以选择封闭磁芯，另外，还可以通过在为了减小开关变压器的漏磁，可以选择封闭磁芯，另外，还可以通过在开关变压器外包高磁导率的屏蔽材料抑制漏磁。开关变压器外包高磁导率的屏蔽材料抑制漏磁。对二次整流回路：对二次整流回路：n 低压大电流的整流回路，快速恢复的肖特

55、基二极管是一种较好的选择。低压大电流的整流回路，快速恢复的肖特基二极管是一种较好的选择。n 对高压输出电路可选用其他快速恢复二极管或带软恢复特性的二极管。对高压输出电路可选用其他快速恢复二极管或带软恢复特性的二极管。39/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.5 连接器件的选用连接器件的选用n连接器是无源元件，其功能是提供两电路之间的电气连续性，连接器是无源元件，其功能是提供两电路之间的电气连续性，并保证在它们的周围有足够的隔离。并保证在它们的周围有足够的隔离。n连接器的选择、安装位置和方式直接关系到产品

56、是否可以通过连接器的选择、安装位置和方式直接关系到产品是否可以通过电磁兼容测试。电磁兼容测试。n连接器可以分类为：低频功率、低频信号、高频功率或高频信连接器可以分类为：低频功率、低频信号、高频功率或高频信号传输连接器。号传输连接器。n对电磁骚扰而言，连接器有关特性有：交扰、特性阻抗、接触对电磁骚扰而言，连接器有关特性有：交扰、特性阻抗、接触阻抗、插入损耗、屏蔽、带滤波器插脚和压敏电阻器插脚等。阻抗、插入损耗、屏蔽、带滤波器插脚和压敏电阻器插脚等。n对开关电源而言，当其传导或辐射骚扰不能满足要求时，在交对开关电源而言，当其传导或辐射骚扰不能满足要求时，在交流或直流电源输入端选择带有滤波器的连接插

57、座有时会起到事流或直流电源输入端选择带有滤波器的连接插座有时会起到事半功倍的效果。此时应注意带有滤波器的连接插座的金属外壳半功倍的效果。此时应注意带有滤波器的连接插座的金属外壳须与机壳和设备地保持紧密和良好的连接。须与机壳和设备地保持紧密和良好的连接。40/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术n 对包含有多组信号的连接器，选择交扰小的连接器就变得重要了。对包含有多组信号的连接器，选择交扰小的连接器就变得重要了。同时信号线之间应用地线隔离。同时信号线之间应用地线隔离。n 带有脉冲和大功率的信号线应尽量远离低压

58、小信号的敏感线，必要带有脉冲和大功率的信号线应尽量远离低压小信号的敏感线，必要时可分别使用不同的连接器并屏蔽隔离。时可分别使用不同的连接器并屏蔽隔离。n 对低频大功率信号，选择接触电阻较小的连接器是非常必要的。对低频大功率信号，选择接触电阻较小的连接器是非常必要的。n 对低频连接器，有时为防止内部骚扰外泄和外部骚扰进入，须选择对低频连接器，有时为防止内部骚扰外泄和外部骚扰进入，须选择带有滤波器的连接插座。带有滤波器的连接插座。n 对高频信号和高频功率连接器，为了防止信号发生反射和形成驻波，对高频信号和高频功率连接器，为了防止信号发生反射和形成驻波，连接器的特性阻抗应尽量与连接电缆的特性阻抗保持

59、一致，同时应连接器的特性阻抗应尽量与连接电缆的特性阻抗保持一致，同时应有较好的屏蔽，以防止高频信号发生泄漏。有较好的屏蔽，以防止高频信号发生泄漏。n 对高频功率连接器还需较小的接触阻抗和插入损耗，以减小其功率对高频功率连接器还需较小的接触阻抗和插入损耗，以减小其功率的衰减。的衰减。n 对于与室外电缆连接的信号连接器和电源连接器，有时为了防止浪对于与室外电缆连接的信号连接器和电源连接器，有时为了防止浪涌冲击进入设备内部，可选用插脚带有压敏电阻器的连接器。涌冲击进入设备内部，可选用插脚带有压敏电阻器的连接器。41/227中国赛宝实验室中国赛宝实验室 工信部电子第五研究所工信部电子第五研究所 PCB

60、板级电磁兼容设计技术板级电磁兼容设计技术1.6 元器件选择一般规则元器件选择一般规则(1) 在高频时，和引线型电容器相比，应优先进用引线电感小的穿心在高频时，和引线型电容器相比，应优先进用引线电感小的穿心电容器或支座电容器来滤波。电容器或支座电容器来滤波。(2) 在必须使用引线式电容时，应考虑引线电感对滤波效率的影响。在必须使用引线式电容时，应考虑引线电感对滤波效率的影响。(3) 铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很铝电解电容器可能发生几微秒的暂时性介质击穿，因而在纹波很大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器。大或有瞬变电压的电路里，应该使用固体电容器。(4) 使用寄生