PCB电磁兼容设计培训资料

第五章PCB的电磁兼容设计

2002年8月杨继深走线是主要辐射源2002年8月杨继深脉冲信号的频谱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/Ttrf22002年8月杨继深上升沿越陡高频越丰富2002年8月杨继深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IgVg2002年8月杨继深电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg2002年8月杨继深地线干扰对电路的影响1324寄生电容2002年8月杨继深线路板走线的电感L=0.002S(2.3lg(2S/W)+0.5HWSL=(L1L2-M2)/(L1+L2-2M)若：L1=L2L=(L1+M)/2MII2002年8月杨继深地线网格2002年8月杨继深电源线噪声的消除电源线电感储能电容这个环路尽量小2002年8月杨继深电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线靠近2002年8月杨继深解耦电容的选择C=dIdtdVZf1/2LC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。2002年8月杨继深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2002年8月杨继深有效滤波的例子普通电容三端电容三端电容+铁氧体2002年8月杨继深线路板的两种辐射机理差模辐射共模辐射电流环杆天线2002年8月杨继深实际电路的辐射ZGZLVZC=ZG+ZL近场：ZC7.9DfE=7.96VA/D3（V/m）ZC7.9Df，E=63IAf/D2（V/m）H=7.96IA/D3（A/m）远场：E=1.3IAf2/D（V/m）环路面积=A~I2002年8月杨继深常用的差模辐射预测公式考虑地面反射时：E=2.6IAf2/D（V/m）2002年8月杨继深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/tr40dB/decfff-20dB/dec-40dB/dec

E=2.6IAf2/DEdB=20lg（2.6IA/D）+40lgf40dB/dec20dB/dec2002年8月杨继深不同逻辑电路为了满足EMI指标要求

所允许的环路面积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。2002年8月杨继深如何减小差模辐射？E=2.6IAf2/D低通滤波器布线2002年8月杨继深控制高频信号的回路2002年8月杨继深电路中的强辐射信号11010010001101001000dBV/mdBV/m所有电路加电工作只有时钟电路加电工作2002年8月杨继深电流回路的阻抗~LRIZ=R+jLL=/I

A~2002年8月杨继深单层或双层板如何减小环路的面积2002年8月杨继深不良布线举例68HC1174HC00AB连接A、BE时钟2002年8月杨继深随便设置的地线没有用在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？2002年8月杨继深地线对辐射的影响2002年8月杨继深地线对辐射的影响2002年8月杨继深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2002年8月杨继深地线面上的缝隙的影响模拟地数字地A/D变换器L75mm25mmL:0~10cmVAB:15~75mVAB2002年8月杨继深过孔的阻抗1.5mmPGA128-pinC/4

PGA1010010.1nH/cm

255075100与过孔之间的距离mm2002年8月杨继深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20H2002年8月杨继深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2002年8月杨继深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2002年8月杨继深直流线的辐射线路板1线路板2线路板3直流线也会产生射频辐射2002年8月杨继深外拖电缆的共模辐射LI2HCPI3I1CP尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大，仍然是主要的辐射因素2002年8月杨继深“无关”的电缆也辐射2002年8月杨继深无关电缆辐射机理VCM机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！2002年8月杨继深地线也辐射不接地线接上地线你喜欢电缆屏蔽层接地吗?2002年8月杨继深地线辐射产生的原因地线噪声电源线电感信号回路电源回路2002年8月杨继深两端设备都接地的情况LRW

线路板不接地：ZCM=RW+jL+RL+1/jCCPICMRWL～RL

线路板接地：ZCM=RW+jL+RL1H/mV02002年8月杨继深共模电流主要由寄生电容产生V0/RL线路板接地线路板不接地CP较大CP较小频率MHz共模电流2002年8月杨继深悬浮电缆ICM近场区内:E=1430IL/(fD3)V/m远场区内:E=0.63

ILf/DV/m考虑地面反射：E=1.26

ILf/DV/mL/2或/4时：E=120I/DV/m电缆长度：L2002年8月杨继深共模电流的测量电流卡钳频谱分析仪VdBVICM被测电流IV传输阻抗：ZT=V/I2002年8月杨继深怎样减小共模辐射

E=1.26

ILf/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2002年8月杨继深减小共模电压2002年8月杨继深滤波器滤除高频成份2002年8月杨继深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tr0.5~1s50ns100ns10ns带宽BW320kHz6MHz3.2MHz32MHz总阻抗R120100300100~150最大电容C2400pF150pF100pF30pF2002年8月杨继深平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/22002年8月杨继深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

)dB2002年8月杨继深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2002年8月杨继深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2002年8月杨继深时钟信号远离电缆接口2002年8月杨继深用屏蔽电缆抑制共模辐射CMCMDMCMCM2002年8月杨继深屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路VIZT=V/I2002年8月杨继深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2002年8月杨继深屏蔽层的错误接法CM2002年8月杨继深电缆屏