EMC关键电路PCB设计.pdf

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1、1 1EMCEMC关键电路关键电路PCBPCB设计设计集团研发部集团研发部周太平周太平电子工程师硬件基础知识培训：2 2干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n0.15MHz0.5MHz0.15MHz0.5MHz差模干扰为主差模干扰为主n n0.5MHz5MHz0.5MHz5MHz差、共模都有差、共模都有n n5MHz30MHz5MHz30MHz主要是共模干扰主要是共模干扰3 3干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之信号电流一

2、致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路以地线为公共回路.正常工作电流+-共模电流差模电流正常工作电流+-GNDGNDGNDGND4 4干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n常用差模抑制元件：电容，差模电感常用差模抑制元件：电容，差模电感n n常用共模抑制元件：电容，磁珠，共模电感常用共模抑制元件：电容，磁珠，共模电感5 5干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n电容的高频特性：电容的高频特性：n n电容最佳滤波点在频率谐振点电容最佳滤波点在频率谐振点FRFR

3、上上n nC C越小，越小，FRFR越大（小电容滤高频）；越大（小电容滤高频）；C C越大，越大，FRFR越小（大电容滤低频）越小（大电容滤低频）n nESLESL越小，越小，FRFR越大，滤高频效果好越大，滤高频效果好n nESRESR越小，滤波效果越好越小，滤波效果越好电容量谐振频率(MHz)1uF1.70.1uF40.01uF12.63300pF19.31100pF33680pF42.5330pF6012FRLC=n n对于引线长对于引线长1.6mm1.6mm的陶瓷电容的陶瓷电容6 6干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n差模电感的高频特性差模电感的高频特性FR频率阻抗ESR

4、呈容性呈感性LESRCL低频高频12FRLC=电感量（uH）谐振频率(MHz)3.4458.828685.71252.65001.2n n绕在铁粉芯上的电感绕在铁粉芯上的电感n n谐振点谐振点FRFR滤波效果最佳滤波效果最佳n nC C一定，一定，L L越大，越大，FRFR越小；越小；n n滤低频用电感，滤高频，用磁珠滤低频用电感，滤高频，用磁珠n n选型时，注意哪个分布电容起主要因素选型时，注意哪个分布电容起主要因素7 7干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n共模电感共模电感n n法拉第电磁感应定律，将共模电信号转换成磁能量，并抵消掉法拉第电磁感应定律，将共模电信号转换成磁能量，

5、并抵消掉n n共模电感选型参数：允许电流，绕线数量、高频阻抗值（共模电感选型参数：允许电流，绕线数量、高频阻抗值（100MHz100MHz），），DCRDCR8 8干扰信号分析及改善措施干扰信号分析及改善措施n n磁珠高频特性磁珠高频特性n n磁珠选型参数：磁珠选型参数：DCRDCR，额定，额定I I，100MHz100MHz阻抗值，封装阻抗值，封装n n应用场合：高频滤波电路。包括时钟电源、晶振电源、应用场合：高频滤波电路。包括时钟电源、晶振电源、PHYPHY电源、电源、锁相环电源等锁相环电源等n n通常选用通常选用600600/100MHz/100MHz以上的以上的9 9干扰信号分析及改善

6、措施干扰信号分析及改善措施n nACAC电源滤波典型电路电源滤波典型电路CxCxCy共模电感差模电感外部电源内电路n nCxCx：ufuf级级n nCyCy：几千：几千pfpf（nfnf级）级）n n共模电感：共模电感：mHmH级级n n差模电感：几百差模电感：几百uHuH1010原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计电源滤波设计电源滤波设计n n一般一般ICIC芯片电源滤波电路，采用储能电容与高频芯片电源滤波电路，采用储能电容与高频电容配合使用。大电容虑低频、小电容虑高频。电容配合使用。大电容虑低频、小电容虑高频。1111原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计电源滤波设计

7、电源滤波设计n n晶振电源滤波电路，采用高频磁珠加电容的滤晶振电源滤波电路，采用高频磁珠加电容的滤波方式，大电容虑低频，磁珠和小电容配合虑波方式，大电容虑低频，磁珠和小电容配合虑除高次谐波。除高次谐波。VCC高频磁珠600欧/100MHz,电流200mA10uF1nF10uF0.1uFOSCVCC靠近晶振电源引脚可选1212原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计电源滤波设计电源滤波设计n n锁相环电源滤波电路，高频磁珠加小电容的滤波锁相环电源滤波电路，高频磁珠加小电容的滤波方式。方式。1313原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计电源滤波设计电源滤波设计n n关键关键ICI

8、C电源滤波电路，磁珠加电容的滤波方式。电源滤波电路，磁珠加电容的滤波方式。1414原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计电源滤波设计电源滤波设计n nICIC芯片电源引脚使用储能电容与高频电容进行滤波时，两芯片电源引脚使用储能电容与高频电容进行滤波时，两个电容都尽可能靠近电源引脚，布局等受限时，应首先保个电容都尽可能靠近电源引脚，布局等受限时，应首先保证高频电容靠近芯片电源引脚，因为这样可以减小高频回证高频电容靠近芯片电源引脚，因为这样可以减小高频回路的面积，从而减小高频干扰信号对空间的辐射。路的面积，从而减小高频干扰信号对空间的辐射。电源1nF10uFVCCGND22uF高频回路面

9、积高频电容尽量靠近芯片引脚，若有多个电源引脚，每个电源引脚都应紧靠放置一个高频电容，而储能电容，整个芯片共用一个就可以大电流回路面积IC芯片1515原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计n n输出端通过接输出端通过接R R、C C，延缓输出脉冲的上升沿，从而减小时，延缓输出脉冲的上升沿，从而减小时钟信号的高次谐波分量在频带上的宽度。钟信号的高次谐波分量在频带上的宽度。(电阻一般电阻一般2222欧欧姆，可用磁珠代替；电容一般为姆，可用磁珠代替；电容一般为22pF)22pF)X轴频率（log）幅度（电压或电流）1/d1/trOSCT=RCRC输出d

10、tr-20dB/decade-40dB/decade高次谐波分量1616原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计n n时钟信号输出端须接匹配电阻，以减小信号反时钟信号输出端须接匹配电阻，以减小信号反射，避免反射信号与原来信号叠加，产生振铃射，避免反射信号与原来信号叠加，产生振铃或过冲。晶振输出端阻抗通常十几欧姆，或过冲。晶振输出端阻抗通常十几欧姆，PCBPCB走线阻抗通常走线阻抗通常50509090欧姆，所以匹配电阻通常欧姆，所以匹配电阻通常选用选用2222欧欧5151欧。欧。晶振OutputNCVCCGNDR匹配电阻通常取22欧51欧1717原

11、理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计n n时钟电源的输入端去耦，减小高频噪声对外辐射。时钟电源的输入端去耦，减小高频噪声对外辐射。晶振OutputNCVCCGNDIC磁珠VCC GND600欧/100MHz10uF 1nF晶振OutputNCVCCGNDICVCC GND空间二次辐射干扰其他器件1818原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计时钟电路干扰抑制设计时钟电路干扰抑制设计n n晶振的外壳接地，以减小时钟信号通过内部寄晶振的外壳接地，以减小时钟信号通过内部寄生电容耦合到外壳上的高频干扰信号对外部空生电容耦合到外壳上的高频干扰信号

12、对外部空间的辐射。咱目前用的间的辐射。咱目前用的24MHz24MHz和和32MHz32MHz晶振在晶振在出厂时已将外壳与地网络相连。出厂时已将外壳与地网络相连。1919原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计n n对于干扰脉冲的抑制，可采用双向瞬态抑制二对于干扰脉冲的抑制，可采用双向瞬态抑制二极管（结电容要小，最好在极管（结电容要小，最好在1000pF1000pF以下），也以下），也可以用高频滤波电容，典型值为可以用高频滤波电容，典型值为560pF560pF（也可（也可以用以用1nF1nF代替），咱目前复位电路有用到代替），咱目前复位电路有用到0.1

13、uF0.1uF或或0.01uF0.01uF的，不一定能够虑除高频干扰脉冲。的，不一定能够虑除高频干扰脉冲。MCURSTTVS管560pF电源上电脉冲或其他干扰脉冲RST输入二选12020原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计复位电路抗干扰设计复位电路抗干扰设计n n对于有手动输入的的复位电路，还需串接电阻对于有手动输入的的复位电路，还需串接电阻以限流。以限流。2121原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计LEDLED指示灯抗干扰设计指示灯抗干扰设计n nLEDLED指示灯电路需要做防静电设计，可以用高频指示灯电路需要做防静电设计，可以用高频滤波电容或双向滤波电容或双向TVS

14、TVS管来搭建静电泻放回路，电管来搭建静电泻放回路，电容典型值容典型值560pF560pF。2222原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射n n通过包地线减小回流面积，如果不能两侧包地，通过包地线减小回流面积，如果不能两侧包地，也一侧傍地或紧靠地也一侧傍地或紧靠地时钟源PCB信号包地线包地线差模辐射2323原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射n n通过打地孔减小回流面积通过打地孔减小回流面积TOPGNDGN

15、DBOTTOM.差模辐射回流路径信号路径信号过孔地孔2424原理图关键电路原理图关键电路EMCEMC设计设计关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射关键信号通过减小回流面积，从而减小差模辐射n n避免在跨分割面上走信号，以减小回流面积。避免在跨分割面上走信号，以减小回流面积。可以在分割面跨接电容来改善，但可能会带来可以在分割面跨接电容来改善，但可能会带来不同电源之间的噪声耦合；实在不得不跨分割不同电源之间的噪声耦合；实在不得不跨分割面时，最好跟两跟地线做包地处理。面时，最好跟两跟地线做包地处理。GO BACKGO BACK2525PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布

16、线设计布线设计n n差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗一致，差分线之间无其他走线，以保证差分线对一致，差分线之间无其他走线，以保证差分线对地共模阻抗相等，提高其抗干扰能力。地共模阻抗相等，提高其抗干扰能力。LKN001LKN001-D.PCBD.PCB2626PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n对于关键信号，信号线两侧应该做包地处理，对于关键信号，信号线两侧应该做包地处理，以减小信号回流面积，另一方面可防止信号之以减小信号回流面积，另一方面可防止信号之间串扰。间串扰。LKN001LKN001-D.P

17、CBD.PCB2727PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n关键信号在遇到有过孔时，须在过孔周围加地关键信号在遇到有过孔时，须在过孔周围加地孔，同样为减小回流面积。孔，同样为减小回流面积。LKN001LKN001-D.PCBD.PCB2828PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n高速时钟线两侧包地，包地线每隔高速时钟线两侧包地，包地线每隔3000mil3000mil（76.2mm76.2mm）接地，这样保证包地线上各点电）接地，这样保证包地线上各点电位相等。位相等。LKN001LKN001-D.PCBD.P

18、CB2929PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n对于时钟等关键信号，走线应和同层内其他关键信号或对于时钟等关键信号，走线应和同层内其他关键信号或非关键信号走线满足非关键信号走线满足3W3W原则，对于非关键信号或差分原则，对于非关键信号或差分信号，应至少满足信号，应至少满足2W2W，这样可以避免同层信号之间的，这样可以避免同层信号之间的串扰。串扰。LKN001LKN001-D.PCBD.PCB3030PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n电流电流=1A=1A的电源所用的表贴保险丝、磁珠、的电源所用的表贴保险

19、丝、磁珠、电感、坦电容的焊盘应不少于两个过孔接到平电感、坦电容的焊盘应不少于两个过孔接到平面层，主要目的是减小过孔等效阻抗。面层，主要目的是减小过孔等效阻抗。3131PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n滤波电容的接地线和接电源线应该尽可能粗、滤波电容的接地线和接电源线应该尽可能粗、短，等效串连电感会降低电容的谐振频率，消短，等效串连电感会降低电容的谐振频率，消弱其高频滤波效果弱其高频滤波效果.3232PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n关键信号一定不能跨分割面走线，因为会导致关键信号一定不能跨分割面走线

20、，因为会导致回流面积增大；如果不可避免跨分割面走线回流面积增大；如果不可避免跨分割面走线时，可在信号跨分割附近采用桥接电容方式处时，可在信号跨分割附近采用桥接电容方式处理，人为为其设置信号回路；还有一种方式，理，人为为其设置信号回路；还有一种方式，就是前面提到的在信号线两侧跟进两地线做包就是前面提到的在信号线两侧跟进两地线做包地处理，同样是为了人为设置信号回路。地处理，同样是为了人为设置信号回路。LKN001LKN001-D.PCBD.PCB3333PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布线设计布线设计n n时钟线、总线、射频线等强辐射信号线远离接时钟线、总线、射频线等强

21、辐射信号线远离接口外出信号线，避免强辐射信号线上的干扰耦口外出信号线，避免强辐射信号线上的干扰耦合到外出信号线上，向外辐射（有对外接口的合到外出信号线上，向外辐射（有对外接口的模块特别需要注意，如工控板）模块特别需要注意，如工控板）3434PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计n n在在PCBPCB板上，接口电路的滤波、防护以及板上，接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放置，可以有效的隔离器件应该靠近接口放置，可以有效的实现防护、滤波和隔离的效果。）实现防护、滤波和隔离的效果。）LKN001LKN001-D.PCBD.PCB3535PCBPCB关键

22、电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计n n两个两个1000mil1000mil（25.4mm25.4mm）：强辐射器件（包）：强辐射器件（包括晶体、晶振、继电器、开关电源）距离单板括晶体、晶振、继电器、开关电源）距离单板接口连接器至少接口连接器至少1000mil1000mil，防止对外辐射；强，防止对外辐射；强敏感电路或器件（如复位电路，看门狗电路敏感电路或器件（如复位电路，看门狗电路等）距离单板各边缘特别是接口侧至少等）距离单板各边缘特别是接口侧至少1000mil1000mil，以防止外来干扰对内部电路影响，以防止外来干扰对内部电路影响（干扰主要是（干扰主要是ESDE

23、SD，EFTEFT，SurgeSurge等），从而引等），从而引起系统误动作。起系统误动作。3636PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计接口1接口2OutputOSCXTAL1WatchdogRST1000milMCU3737PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计n n单板上如果设计了接口地，则滤波、隔离单板上如果设计了接口地，则滤波、隔离器件应该放置在接口地和工作地之间的隔器件应该放置在接口地和工作地之间的隔离带上，以避免滤波或隔离器件通过平面离带上，以避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，消弱效果。层互相耦合，消

24、弱效果。LKN001LKN001-D.PCBD.PCB3838PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计n n所有用到始端匹配电阻的电路（包括时钟信号，总线驱所有用到始端匹配电阻的电路（包括时钟信号，总线驱动电路等），始端电阻都应靠近其信号输出端放置。以动电路等），始端电阻都应靠近其信号输出端放置。以保证保证ZoutZout+ZmatchZmatchZsZs（ZoutZout为器件输出阻抗、为器件输出阻抗、ZmatchZmatch为匹配电阻、为匹配电阻、ZsZs为输出信号线的分布阻抗），如果远离为输出信号线的分布阻抗），如果远离器件的信号输出端，则器件的信号输

25、出端，则ZoutZout+ZmatchZmatchZsZs，会在线路上，会在线路上产生振铃或过冲产生振铃或过冲,因此也会有辐射发射问题出现。因此也会有辐射发射问题出现。ZmatchZmatch一般为一般为2222欧姆到欧姆到7575欧姆。欧姆。ZsZmatchZout负载驱动器3939PCBPCB关键电路关键电路EMCEMC设计设计PCBPCB布局设计布局设计n n传输信号线分布阻抗计算：传输信号线分布阻抗计算：875.980ln()0.81.41rHZWT=+6040ln()0.67(0.8/)rHZWT W=+n n注意：一个注意：一个H H，一个，一个H H，两个含义不同；，两个含义不同；n n典型地，对于微带线，若典型地，对于微带线，若PCBPCB板材为板材为FRFR-4 4，W=HW=H时，特性阻抗约为时，特性阻抗约为75 75 ；W=2HW=2H时，特性阻抗约为时，特性阻抗约为50 50；n n对于带状线，板材仍为对于带状线，板材仍为FRFR-4 4，W=HW=H/8/8时，特性阻抗为时，特性阻抗为75 75；W=HW=H/3/3时，时，特性阻抗约为特性阻抗约为50 50；GO BACKGO BACK