第五章 PCB的电磁兼容设计.ppt

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1、第五章第五章 PCB PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计 2021/9/171走线是主要辐射源2021/9/172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/Ttrf22021/9/173上升沿越陡高频越丰富2021/9/174地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被被驱驱动动电电路路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电IgVg2021/9/175电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg2021/9/176地

2、线干扰对电路的影响地线干扰对电路的影响1324寄生电容2021/9/177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)/2MII2021/9/178地线网格地线网格2021/9/179电源线噪声的消除电源线噪声的消除电源线电感电源线电感储储能能电电容容这个环路尽量小这个环路尽量小2021/9/1710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2021/9/1711 解耦电容的选择解耦电容的选择C=dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间

3、dt内，电源线上出现内，电源线上出现了瞬间电流了瞬间电流dI，dI导致了电导致了电源线上出现电压跌落源线上出现电压跌落dV。2021/9/1712增强解耦效果的方法增强解耦效果的方法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2021/9/1713有效滤波的例子普通电容三端电容三端电容+铁氧体2021/9/1714线路板的两种辐射机理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2021/9/1

4、715实际电路的辐射ZGZLVZC=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=AI2021/9/1716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）2021/9/1717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/tr40dB/decfff-20dB/dec

5、-40dB/dec E=2.6 I A f 2/D EdB=20lg（2.6 I A/D）+40lg f 40dB/dec20dB/dec2021/9/1718不同逻辑电路为了满足不同逻辑电路为了满足EMIEMI指标要求指标要求所允许的环路面积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。2021/9/1719如何减小差模辐射？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2021/9/1720控制高频信号的回路2021/9/1721电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB

6、 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2021/9/1722电流回路的阻抗LRIZ=R+j LL=/I A2021/9/1723单层或双层板如何减小环路的面积单层或双层板如何减小环路的面积2021/9/1724不良布线举例不良布线举例68HC1174HC00AB连接连接A、BE时钟2021/9/1725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在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗设计吗？2021/9/1726地线对辐射的影响2021/9/1727地线对辐射的影响2021/9/1728多层板能减小辐射多层板能减小

7、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2021/9/1729地线面上的缝隙的影响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 75mVAB2021/9/1730过孔的阻抗1.5mm PGA128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100与过孔之间的距离与过孔之间的距离 mm2021/9/1731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

8、源层地线层20H2021/9/1732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2021/9/1733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2021/9/1734直流线的辐射线路板1线路板2线路板3直直流流线线也也会会产产生生射射频频辐辐射射2021/9/1735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，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仍然是主要的辐

9、射因素2021/9/1736“无关”的电缆也辐射2021/9/1737无关电缆辐射机理VCM机箱内的所有信号都会通过机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！电缆辐射！2021/9/1738地线也辐射不不接接地地线线接接上上地地线线你喜欢你喜欢电缆屏蔽层接地吗电缆屏蔽层接地吗?2021/9/1739地线辐射产生的原因地线噪声地线噪声电源线电感电源线电感信号回路信号回路电源回路电源回路2021/9/1740两端设备都接地的情况LRW 线路板不接地：线路板不接地：ZCM=RW+j L+RL+1/j CCPICMRWLRL 线路板接地：线路板接地：ZCM=RW+j L+RL1 H/mV02021/9/174

10、1共模电流主要由寄生电容产生V0/RL线路板接地线路板接地线路板不接地线路板不接地CP较大较大CP较小较小频率频率MHz共模共模电流电流2021/9/1742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：L2021/9/1743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被测电流被测电流 IV传输阻抗：传输阻抗：ZT=V/I 2021/9/174

11、4怎样减小共模辐射怎样减小共模辐射 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2021/9/1745减小共模电压2021/9/1746滤波器滤除高频成份2021/9/1747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 3.2MHz 32MHz总阻抗 R 120 100 300 100150最大电容 C 2400pF 1

12、50pF 100pF 30pF2021/9/1748平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/22021/9/1749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)=20 lg (1+ZL/ZCM1)dB2021/9/1750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2021/9/1751I/O接口布线的一些要点干净区域滤波电容

13、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2021/9/1752时钟信号远离电缆接口2021/9/1753用屏蔽电缆抑制共模辐射CMCMDMCMCM2021/9/1754屏蔽电缆的评估CMCMDMV辐射环路辐射环路VIZT=V/I2021/9/1755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2021/9/1756屏蔽层的错误接法CM2021/9/1757电缆屏蔽层的正确端接利用机械力将屏蔽层压紧金属连接器护套指形簧片护套与屏蔽层端接导电弹性衬垫连接器上紧螺纹航空连接器D形连接器2021/9/1758D型连接器的屏蔽层搭接2021/9/1759圆形连接器屏蔽层搭接2021/9/1760接线端子上的屏蔽电缆2021/9/1761尽量减小小辨接法的危害2021/9/1762线路板上的局部屏蔽利用一层铜箔做屏蔽盒面屏蔽盒的接地间隔 /20所有穿出屏蔽盒的导线经过滤波片状电容2021/9/1763