PCB的EMC设计课件分享

PCB的EMC设计

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PCB的EMC设计

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

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

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

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

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。

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）。

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：

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。

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

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。

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。

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。

PCB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。

PCB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。

PCB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。

PCB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。

PCB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

PCB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。

PCB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：

PCB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相应的EMC问题

PCB的EMC设计

旁路退耦正确的使用电容是抑制干扰的一种有效措施。下面引申两个概念：旁路和退耦是指把能量从一个电路转移到另一个电路的功能，常用于电能分配系统的供电质量。应着重关注三个方面：电源和地平面、元件以及内部电源连接。

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旁路退耦

旁路：将来自元件或线缆耦合的无用射频噪声从一个区域移往别处。旁路不仅对于实现滤波（有限带宽）功能相当关键，而且对于设置交流分路器防止干扰进入敏感区域也是不可或缺的。用于该目的的电容是就是所谓的旁路电容。它利用了电容的频率阻抗特性（理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗降低）可以看出旁路电容主要针对高频干扰。

退耦：去除从高频元件进入电源分配网络的射频能量。这些元件以一定的速度不停切换，同时消耗着同样速度变化的电能。退耦电容可以为器件和元件的直流电源提供局部本地化的能量来源，这对于抑制电路板上尖峰电流冲击的传播扩散至关重要。

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旁路退耦

在电源电路中，旁路和退耦都是为了减少电源噪声。旁路主要是为了减少电源上的噪声对器件本身的干扰；退耦是为了减少器件产生的噪声对电源的干扰。

pcb

设计的经验法则：“在电路板的电源接入端放置一个1～10μF的电容，滤除低频噪声；在电路板上每个器件的电源与地线之间放置一个0.01～0.1μF的电容，滤除高频噪声。

实际的电容并不是理想器件，因为材料、封装等方面的影响，具备有电感、电阻等附加特性；尤其是在高频环境中更表现的更像电感的电气特性。我们都知道实际电容的模型简单的以电容、电阻和电感建立。除电容的容量C以外，还包括以下相对重要的寄生参数：

1、等效串联电阻ESR

2、等效串联电感ESL3、等效并联电阻EPR

PCB的EMC设计

旁路退耦

因为寄生参数的影响，尤其是ESL的影响，实际电容的频率特性表现出阻抗和频率成“V”字形的曲线，低频时随频率的升高，电容阻抗降低；当到最低点时，电容阻抗等于ESR；之后随频率的升高，阻抗增加，表现出电感特性。

对电容的选择需要考虑的不仅仅是容值，还需要考虑其它因素。包括：

电介质材料，电容的几何尺寸和放置位置。

合理布置电源滤波/退耦电容：一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。（当电源滤波/退耦电容布置的合理时，接地点的问题就显得不那么明显。）电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

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布线

1、阻抗匹配-反射和振铃当信号边沿变得更快时，就必须考虑线条的传输和反射延时。这将引起各种问题，包括串扰、振铃和反射。当信号边沿时间在器件负载间的传输时间占很大比例的时候，反射常常会导致信号完整性和EMI问题。解决反射问题需要延伸边沿时间（减慢边沿效率）或减小在负载器件之间的间隔距离。在电路网络中，在PCB上的信号的反射是一个RF噪声源。在传输线上存在阻抗不连续情况时，就能观察到反射现象。这种不连续现象包括：线宽度的变化终端网络失配缺少端接T形短线和线条交叉

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布线

1、阻抗匹配-反射和振铃布线层间的过孔可变负载和逻辑系列大的电源平面不连续转换连接器传输线阻抗的变化

当然何时选择端接，选择怎样的端接类型也是一个课题，在这里便不再具体阐述。

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布线

2、串扰

在布线时我除了考虑以下几点之外。

确定使用哪一层来布线

如何在层间换层

保持阻抗的连续

串扰也是布线所考虑的一个重要因素。导线、电缆线和印制线间的串扰会影响系统内的性能。系统内是指在同一机箱内的源和接收器。产品的设计必须是自兼容的，因此串扰被当作系统内部必须减小或消灭的EMI问题。

因为串扰会在印制线间产生干扰，所以串扰通常被认为是信号完整性问题。实际上，串扰表征的是RF能量从干扰线耦合到被干扰线。而EMI敏感电流也会将RF能量耦合到包括互连的其他电路。I/O线的耦合可导致在机箱内出现辐射或传导EMI问题，或者可能造成电路和子系统间的功能性问题。

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布线

2、串扰为了避免串扰，在PCB阶段，采用以下的设计和布线方法比较有效：将器件的逻辑系列按功能分类。严格控制总线结构减小平行布线的线长器件位置远离I/O和其他对信号恶化和耦合敏感的电路区域。对控制阻抗的印制线或富含谐波能量的印制线进行终端处理。

避免互相平行的布线。在印制线间保持足够的间距以减小感性耦合效应。相邻布线层要采用正交布线方式。这样会预防邻近布线层间的容性耦合。减小信号层到参考地的距离。降低信号阻抗和驱动信号的电平。

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布线

2、串扰9.用实心的平面结构隔离必须同向的布线层。10.在层叠分配时将高噪声发射器（时钟，I/O，高速互连线等）分割或隔离在不同的布层中。11.在特殊的传输线上加装具有频带限制功能的滤波器以清除源和被干扰印制线的直接耦合。

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静电放电的防护

通常静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响，是我们必须关心的问题。静电放电能够进入输入输出端口和使用者可能接触的地方。抑制静电放电就是防止元件或者系统表面的高电压脉冲通过辐射和传导影响系统功能。

ESD能量在开始阶段积累的非常慢（以分或者妙计），然后再电容一类的结构里存储（比如人体、家具或者非连接的电缆）紧接着积累的电荷发生快速击穿（通常在纳秒的时间内）。随着这个纳秒范围的脉冲，放电能量能产生几百兆赫兹到1GHz以上的电磁干扰。人体静电的上升时间大约200ps到10ns甚至更快，其峰值脉冲电流可以有数安到30A以上。由于放电电流高速度、宽频谱分布的特点，ESD能量能够损坏电路，产生地反弹、甚至通过电磁耦合发生故障。谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH一本万利工程1、背景驱动2、盈利策略3、选菜试菜4、价值创造5、完美呈现6、成功面试7、持续改造（一）、一本万利工程的背景驱动

1、什么是一本万利

2、餐饮时代的变迁菜单经验的指导方针运营市场定位的体现经营水平的体现体现餐厅的特色与水准沟通的工具餐厅对顾客的承诺菜单承诺的六大表现1、名字的承诺2、质量的承诺3、价格的承诺4、规格标准的承诺5、外文翻译的准确6、保证供应的承诺

1、顾客满意度餐厅价值、价格、合理感、愉快感、安心感、美味感、便利感、满足感、有价值感、喜悦感、特别感2-2、初期投资餐厅面积、保证金、设备投资、店铺装潢、器具用品投资、制服选定、菜单制作2-1、开业准备厨具、供应商选定、设计、用品选定、餐厅配置、员工训练、餐厅气氛、促销方式3、经营数据营业额、客流量、成本率、人均消费、顾客回头率、出品速度、人事费用菜单内容决定决定相关相关决定决定决定决定以菜单为导向的硬件投资

1、餐厅的装修风格2、硬件设施服务操作3、餐厅动线4、餐具与家俬5、厨房布局6、厨房设备菜单设计正果1、能诱导顾客购买你想让他买的餐点2、能迅速传达餐厅要表达的东西3、双赢：顾客喜欢、餐厅好卖餐厅时代的变迁食物时代硬体时代软体时代心体时代食物食品饥食饱食品质挑食品味品食品德惧食体验人们正在追寻更多的感受，更多的意义更多的体验，更多的幸福（二）盈利策略1、组建工程团队2、确定核心价值3、确定盈利目标4、确定客单价5、设计盈利策略6、确定核心产品谁来设计菜单？产品=做得出来的物品商品=卖得出去的物品商家=产品具备商品附加值物（什么产品）+事（满足顾客何种需求）从物到事从食物到餐饮从吃什么到为什么吃产品本身决定一本，产品附加值决定万利从生理到心理从物质到精神从概念到五觉体验创造产品的五觉附加值体验何来

一家企业以服务为舞台以商品为道具，让消费者完全投入的时候，体验就出现了PART01物=你的企业卖什么产品+事=能满足顾客何种需求？确定核心价值理念核心价值理念1、卖什么样的菜2、卖什么样的氛围？3、如何接待顾客？卖给谁？卖什么事？卖什么价？企业目标的设定1、理论导向的目标设定2、预算3、制定利润目标费用营业额亏损区利润区临界点变动费用总费用营业额曲线费用线X型损益图利润导向的目标设定确定目标设定营业收入=固定成本+目标利润1-变动成本率-营业税率例：A餐厅每月固定成本40万，变动成本50%，营业税率5.5%，目标利率每月8万，问A餐厅的月营业收入：月营收入=（40+8）÷（1-50%-5.5%）=48÷0.445=108万测算损益平衡点保本线=固定成本1-变动成本率-营业税率例：A餐厅保本线=40÷（1-50%-5.5%）

=40÷0.445

=90万定价的三重意义2、向竞争对手发出的信息和信号1、是利润最大化和最重要的决定因素3、价格本事是价值的体现定价由此开始1、评估产品、服务的质量2、寻求顾客价值与平衡点3、以价值定义市场确定客单价盈利占比策略

占比策略内部策略销售占比占比策略内部策略10%40%10%20%20%（三）、选菜试菜1、ABC产品分析2、产品的确定（食材、口味、烹调、餐饮）3、成本的确定ABC分析策略毛利率营业额CBACABBACCCAA营业额C毛利A优化、提升增加销售双A双赢ABC顾客商品涨价保留亏本商品删营业额A毛利C顾客超额、成本过高有意义的保留无意义的删除双C双输菜单内容选择的标准因素成本设备厨师技术操作空间菜系风格吻合度品质可控度原料供应顾客喜好菜单协议度（销售目标、颜色、口味、造型、营养等）产品类别确定的四个方面1、按食材确定比例2、按口味确定比例3、按烹饪确定比例4、按餐饮确定比例

（无酒精饮品、含酒精饮品比例）框架依据操作依据目标依据成本依据试口味成本操作第一次试菜的内容精确的成本核算—五个关键词1、净料率（一料一控、一料多档）2、调味料成本（单件产品、批量产品）3、燃料成本4、统一计量单位5、标准食谱成本卡试口味餐具造型色彩第二次试菜的内容四料构成表1、符合思想审定2、符合目标审定3、符合定位审定4、符合框架审定四平构成表(四)、创造价值1、定价策略的确定2、提升双A核心产品的附加值3、增加更多的顾客选择性顾客会记住的价格最低价人均消费热门畅销品商品较多的价格带最高价产品价格和观念价值永远是不一样的，体验经济时代出售的不是产品价格，而是观念定价与确定价格的区别确定价格产品、服务主导思路确定一个易于销售的价格由企业根据成本以及和其他企业的比较确定定价基于顾客的价值私立评估价值、确定等级在顾客和企业的来往过程中确定企业定价三大策略1、薄利多销策略2、相对稳定价格策略3、高价位价格策略提升产品附加值的“十大绝招”三好七增名字好卖相故事服务选择文案时间体验健康推广感觉“附加值”提升产品附加值的“两大前提”一好味道二品质确定好卖相美色器形设摄状增健康少油汤汁盐多有机养生品种增时间原材料生长原材料获得制作耗时美味时间要求增文案—文字叙述九问1、餐点是什么？2、如何烹调制作？3、如何呈现？4、有何故事？5、有否独特的口味？6、有否体现品质等级？7、食材的来源？8、有何独特的体验？9、对人有何好处？一料多烹多吃多味增选择增推广易