EMC培训报告模版.docx

《EMC培训报告模版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EMC培训报告模版.docx（13页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、培训报告名目 EMC 根底与产品机械构造构架EMC 设计分析方法21.1 根本概念21.2 产品地线概念21.3 共模干扰路径、阻抗及电流分析31.4 共模辐射的产生41.5 产品机械构造打算共模电流路径51.6 互连问题61.7 屏蔽电缆的连接方式7二 原理图和PCB 的 EMC 分析方法 8.2.1 电路原理图设计的EMC 分析82.2 PCB 布局布线102.2.2 滤波电容等滤波器件在PCB 中的相对放置102.2.3 完整的地平面设计102.2.4 避开串扰的设计112.2.5 铺铜11三 产品 EMC 设计演练与EMC 测试结果评估123.1 产品根本信息核查123.2 产品机械构

2、造审查123.3 层叠设计审查123.4 地平面完整性审查133.5 串扰审查133.6 去耦、旁路电容和滤波电容审查13EMC 根底与产品机械构造构架 EMC 设计分析方法1.1 根本概念EMC 是Electro Magnetic Compatibility 的缩写，即电磁兼容。是指电子设备或网络系统具有肯定的抵抗电磁干扰的力量，同时不能产生过量的电磁辐射。其包括 EMI 和EMS 两局部。EMI：电磁干扰性能l 从电源线传导出来的电磁骚扰l 从信号线、掌握线传导出来的骚扰l 从产品壳体包括产品中的全部电缆辐射出来的骚扰l 从电源端口传导出来的谐波电流l 电源端口产生的电压波动和闪耀测量EM

3、S：电磁抗扰度性能l 静电放电l 电源端口的电快速瞬变脉冲群l 信号线、掌握线端口的电快速瞬变脉冲群l 电源端口的浪涌和雷击l 信号线、掌握线端口的浪涌和雷击l 从空间传递给产品壳体的电磁辐射l 电源端口的传入的传导干扰l 电源端口的电压跌落与中断EMC 风险评估是在产品设计过程中，利用肯定的设计技巧和额外的技术手段推测所设计产品的EMC 性能，并能提出可行的降低风险的方法。在 EMC 风险评估过程中，有两个比较核心的概念： 1 任何信号的传递都是闭环的2 EMC 测试存在差模和共模，但是以共模为主。1.2 产品地线概念地线的通用解释是：电路电位基准点的等电位体，但在 EMC 上，这样的解释是

4、不符合实际状况的，由于地线上的电位并不是恒定的。这里我们定义地线为：信号流回源地低阻抗路 径。依据这个定义，地线是存在阻抗的，在这里阻抗和通常所说的电阻是不等价的。电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是沟通状态下导线对电流的阻抗，这 个阻抗主要是由导线的电感引起的。任何导线都有电感，当频率较高时，导线的阻抗远大于 直流电阻，表 1 给出的数据说明白这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰的信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压。对于数字电路 而言，电路的工作频率是很高的，因此地线阻抗对数字电路的影响是格外可观的。表 1 导线的阻抗频率D=0.

5、65D=0.27D=0.065D=0.04Hz10cm1m10cm1m10cm1m10cm1m1051.4m517m327m3.28m5.29m52.9m13.3m133m1k429m7.14m632m8.91m5.34m53.9m14m144m100k42.6m712m54m828m71.6m190.3m1.071M426m7.12540m8.28714m10783m10.65M2.1335.52.741.33.57503.865310M4.2671.25.482.87.141007.710650M21.33562741435.750038.5530100M42.65471.477150M6

6、3.981107115假设将 10Hz 时的阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率到达10MHz 时，对于 1 米长导线，它的阻抗是直流电阻的 1000 倍至 10 万倍。因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。从表上还可以看出，增加导线的直径对于减小直流电阻是格外有效的，但对于减小沟通 阻抗的作用很有限。但在电磁兼容中，人们最关心的沟通阻抗。为了减小沟通阻抗，一个有效的方法是多根导线并联。当两根导线并联时，其总电感 L 为：L = (L1 + M) / 2式中，L1 是单根导线的电感，M 是两根导线之间的互感。1.3 共模干扰路径、阻抗及电流分析1.3.1 地环路中产生的共模电流

7、骚扰图中两设备用一对电缆传输线连接，图中设备发送局部、设备接收局部分别接各自的地，这是一个不平衡传输电路。在抱负状况下，两设备的地电位相等，传输线对中仅存在有用信号UDM 的差模电流IDM，途经是UDMZS 信号线阻抗Zt 负载ZL 回流线阻抗ZtUDM。图 1 共模电流与差模电流的转化模型但是，实际状况往往没有这么抱负，两个设备的接地点P 和Q 之间很可能会存在电位差UCM。例如，设备处有高电流入地或瞬态强电流入地，使P 点地电位弹升，或者电缆传输线处在较强的骚扰电磁场中，地环路中产生感应电动势，相当于在PQ 间存在电位差Ucm。此时， 由UCM 产生的噪声电流将同时通过信号线和回流线，方向

8、是一样的，因此是共模电流，途径所示。图 2 共模电流途径由于各条途经中的阻抗不一样，共模电流大小也不同，因此在 ZL 两端产生了差模压降， 从而对设备 2 的正常工作产生干扰。1.4 共模辐射的产生产生共模辐射的条件一是要有共模驱动源，二是要有共模天线。任何两个金属体之间只要存在RF 电位差就构成一副不对称振子天线，两个金属体分别是它的两个极，RF 电位差即为共模驱动源，它通过不对称振子天线间的空间辐射电磁能量。当频率到达 MHz 级时，nH 级的小电感和pF 级的小电容都将产生重要的影响。两个导体连接处的小电感会产生 RF 电位差。如例 1 中数字地模拟地连接线的小电感，PCB 与机壳之间连

9、接线的小电感等都是产生共模驱动源的的根源。没有物理连接点的金属体也可能通过小电容变成天线的一局部。如散热片与开关管物理上是绝缘的，但可以通过它们之间的小电容在 RF 频率上连接起来， 构成共模天线的一局部。共模天线的一个极必定是设备的外部接线，另一个极可以是设备内部 PCB 的地线、电源面、机壳、散热片、金属支撑架等等。当天线的两个极总长度大于 20 时，天线的辐射才可能有效。当天线长度与驱动源谐波的波长符合ln20n1，2，3，时天线发生谐振，辐射能量最大。在天线总长度确定时，源在天线上的位置是天线辐射能量的打算因素。天线在源的同一侧时产生的共模辐射要比天线在两侧时小得多。电流驱动模式图 3

10、 是电流驱动模式的示意图。图中UCM 是共模电压源，设备内部有很多这样的源， 例如各种数字信号电路、高频振荡源等。ZL 为回路负载，IDM 为回路的差模电流，该电流流过AB 两点间的回流地例如PCB 的地线，回到差模源。如 AB 间存在肯定电感LP，则会产生压降 UCM。这里，UCM 就是产生共模辐射的驱动源。要产生辐射，除了源以外还必需有天线。这里的天线由两局部组成，一局部是由 A 点向左看的地线局部，另一局部是由B 点向右看的地线局部和外接电缆。其组成的辐射系统的等效原理图如图7b所示， 这实际上是一副不对称振子天线。由于共模电流 ICM 是由差模电流 IDM 产生的，所以称这种模式为电流

11、驱动模式。以下举二例说明电流驱动产生的共模辐射，图 3 电流驱动产生共模辐射原理图电压驱动模式电压驱动模式的原理如图 4 所示，图中差模电压源 UDM 直接驱动天线的两个局部， 即上金属局部和下金属局部，从而产生共模辐射。共模辐射电流ICM 为IjwC UCMADM式中： C为上下两局部金属之间的分布电容。A图 4 电压产生的共模辐射原理图1.5 产品机械构造打算共模电流路径共模电流存在于非预期的路径中，而且差模与共模电流在产品的内部总是不断的在相互转换，这种非预期的路径与产品的机械构造构架设计有关。如以下图 5 示的两种设计：图 5 同一电路的两种机械构架干扰电流将流过全部的芯片，极易引发E

12、MC 问题；后一设计将IO 端口放在一起，可使干扰电流直接从输入端口流向输出端口，不进入芯片，大大降低 EMC 风险。1.6 互连问题产品内部互连连接器或互连电缆影响产品抗干扰力量的主要缘由是由于互连连接器或 互连电缆的寄生电感而导致在高频下的高阻抗，另外互连连接器各信号线间的串扰也不容无视。图 6 互连干扰原理如上图示，共模干扰电流由输入端口注入，通过互连连接器传递，最终通过输出端口流 出，由于连接器插针存在寄生电感，在高频下存在很大的阻抗，当干扰电流流过时，在插针两端形成压降，该电压驱动电路引发EMS 问题。解决这一问题的关键是避开干扰电流流过互连连接器，需在互连插针或排线两端进展滤波处理

13、，串磁珠或并电容是常用的滤波方法。除了以上的问题，互连线路中的串扰问题也不容无视图 7 互连连线分布如上图(a)所示，其连线的分布不合理，RF 回路较大，将产生较大的差模辐射差模辐射与环路的面积成正比；时钟线 RF 回路较大，并处于一种很差的位置，四周根本没有参考 0V地，并且不同信号的信号回路相互嵌套，通过磁场的感性耦合串扰加剧。由于地针较少，其地针引起的总体等效寄生电感也较大，RF 回流将产生较高的共模压降，即在 PCB1和 PCB2 之间的互连区域就会有高频RF 电压存在，高频电压在设备间就会产生共模电流， 引起电流驱动模式的共模辐射，加重产品系统整体辐射和传导放射。解决方法如b示，加大

14、地针数量，将信号线和时钟线用地线隔离，减小RF 回路面积及相互串扰问题。1.7 屏蔽电缆的连接方式共模驱动源产生的共模电流会沿着电缆向外流淌而产生辐射，使用屏蔽电缆并将电缆的屏蔽层与金属机箱完整搭接，就会将共模电流屏蔽在屏蔽层内而使辐射降低。但是在屏蔽电缆的连接上要留意 360 度搭接，避开消灭“猪尾巴”图 8 屏蔽电缆上的“猪尾巴”在屏蔽电缆屏蔽层与地的搭接上，由于搭接不到位，会产生较大的寄生电感，回流电流在此“猪尾巴”上将产生压降，该电压驱动电路产生干扰。原理图和 PCB 的 EMC 分析方法2.1 电路原理图设计的 EMC 分析2.1.1 电原理图划分电路原理图的EMC 风险评估分析是建

15、立在对原理图的电路进展划分的根底上的， 通过分析将电原理图分成：“脏”的局部、“干净”的局部、滤波去耦的局部和需要做特别处理的局部2.1.2 将电路原理图进展 EMC 描述图 9 电原理图划分l 找出电路中的“脏”电路和信号线，并将“脏”电路局部的电路标出，如用一种颜色红色标出，这些脏电路和信号线通常包括A 需要进展EMC 测试的I/O 线；B 不直接进展干扰测试，但是与干扰噪声源有直接容性耦合的器件和电路l 找出电路中的滤波电容与去耦电容，将放置在以下两个位置上的滤波电容标出，如用同一种颜色蓝色标出A I/O 端口上的滤波电容B 不直接进展干扰测试的电缆端口上的，但是与干扰噪声源和参考接地板

16、之间有直接容性耦合的器件和电路上的滤波电容C 各个芯片的电源去耦和电容D 内部PCB 互连信号线上的滤波电容l 找出电路中“干净”的信号、器件及电路。这些干净的信号、器件及电路通常是滤波电容后一级的信号线、器件及电路，并将其标出，如用同一种颜色绿色l 找出电路中那些必需进展特别处理的信号线如时钟线，开关电源的开关噪声回路、复位信号线、低电平模拟信号线、高速信号线等，并将其标出，如用同一种比较特别的颜色标出紫色。实例描述；2.1.3 电原理图的滤波分析图 10 电原理图划分描述那些“脏”电路和信号线被标为红色的局部，假设与其相连的 I/O 电缆为非屏蔽线，那么这些信号至少具有滤波电路。产品中是否

17、存在有不带地平面的扁平电缆或类似互连电缆，当这些扁平电缆或类似互连电缆有共模电流流过时，就必需对这些扁平电缆或类似互连电缆中的全部信号进展滤波处 理，而且滤波电路至少包含有一个电容。产品中是否存在这样一些线缆和器件，这些线缆或器件虽然不直接进展EMC 测试，但是其与干扰噪声源和参考地板之间有直接容性耦合。这些线缆或器件所在的端口虽然不进展测试，但是所在的电缆、器件与参考接地平面之间存在较大的寄生电容，使得共模电流会流过这些端口。因此这些线缆和器件所在的端口上的信号有必要进展滤波处理。芯片的每个电源管腿是否至少有一个去耦电容敏感电路端口的滤波处理： 外部中断IRQ端口 复位RESET管脚 低电平

18、模拟信号 高输入阻抗信号2.1.4 地及地平面分析被光耦、磁耦、变压器、继电器等隔离器件分别的AGND 与 GND 之间需要有电容跨接。全部被分割在主电路之外的地平面需要通过 Y 旁路电容接地接地设备接外壳或系统地，浮地设备接主掌握电路工作地，不能有悬空的地平面。隔离的AC/DC 或DC/DC 开关电源的初级0V 与次级全部的GND 地之间需要接Y 电容。图 11 六层 PCB 板的排列方式2.2 PCB 布局布线2.2.1 层叠设计GND、AGND 等地平面及VCC 等电源平面在PCB 层中的位置 对于浮地设备来说，大多数状况下，可以把GND 层当成是屏蔽层，用来泄放共模干扰电流，AGND

19、必需放置在没有被共模干扰耦合到的层和位置。 PCB 板电源层数由其电源种类数量打算；对于单一电源供电的PCB，一个电源平面足够了。 每个电源平面的设置需满足一下条件： 单一电源或多种互不穿插的电源相邻层的关键信号不跨分割区 地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑：元件面下面其次层或倒数其次层有相对完整的地平面高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面关键电源有一对应地平面相邻PCB 各层的安排建议 元件下面其次层为地平面，供给器件屏蔽层以及为顶层布线供给参考平面 全部信号层尽可能与地平面相邻 尽量避开两信号层直接相邻 主电源尽可能与其对应地相邻例如，下表是 6 层板的分布排列的一些组合方式方案

20、电源地信号1234561114S1GS2S3PS42114S1S2GPS3S43123S1G1S2PG2S34123S1G1S2G2PS3依据上面的原则，我们可以看出，红色方框的排列为最正确的排列方式。2.2.2 滤波电容等滤波器件在PCB 中的相对放置滤波电容通常放置在被滤波器件的相应管腿四周，或在共模电流泄放的路径中。全部的滤波电容的连接不能用长线方式，而要保证低阻抗的连接，比较好的做法是，滤波电容引线长宽比小于 3，至少要做到小于 5.2.2.3 完整的地平面设计PCB 板中完整没有任何过孔、裂缝或开槽的正方形地平面阻抗具有格外低的阻抗，PCB 地平面的阻抗不但受其外形的影响，还不行避开

21、的受 PCB 中信号线过孔、裂缝、开槽等影响。全部我们在设计时，要尽量满足以下条件； 相互通信芯片地管腿之间地平面完整 从本钱和信号质量方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。 为了维持地平面的完整性，PCB 板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。 PCB 板主要共模电流路径中，尽量削减过孔数量 严禁消灭多个过孔造成地平面裂缝或开槽。2.2.4 避开串扰的设计串扰分为容性串扰和感性串扰，容性串扰主要干扰源是高的 dV/dt 的信号线，感性串扰发生的主要干扰源是高dI/dt 的信号线，数字电路以容性串扰为主，高电压大功率电路两者并存。应此在PCB 设计中，应尽可能考虑到以下的方面

22、： 依据功能分类规律器件系列，保持总线构造被严格掌握；最小化元器件之间的物理距离；高速信号线及元器件如晶振要远离I/O 互连接口及其他易受数据干扰及耦合影响的区域，对高速线供给正确的终端 避开长距离相互平行走线布线，供给走线间足够的间隔以最小化电感耦合；相邻层上的布线要相互垂直，以防止层间电容耦合。 降低信号到地平面的距离间隔；分割和隔离高频噪声放射源，不同的信号分布在不同层中，尽可能地增大信号线间的距离，这样可以有效削减容性串扰。 将高速周期信号布置在PCB 内层，使用阻抗匹配技术，以保证信号的完整性，防止过冲；留意具有快速上升沿的信号，进展包地等防串扰处理；将一些受 EFT/ESD 干扰，

23、未经滤波处理的信号线布置在PCB 板的边缘。 尽量承受地平面，使用平衡线，屏蔽线或同轴线；对骚扰信号线和敏感线路进展滤波处理。2.2.5 铺铜全部空置区域都可进展铺铜处理，并将其通过适量的过孔与相应区域的地平面相连，铺铜可以实现以下功能； 降低地阻抗 放置串扰 防止边缘效应产品 EMC 设计演练与 EMC 测试结果评估3.1 产品根本信息核查时钟频率 电源开关频率EMC测试等级产品是否接地电缆类型及数量是否存在模拟地模拟电路电平是否存在隔离地的分类3.2 产品机械构造审查序号原建议描述实际出炉方式风险点描述123序号可行性修改建议1233.3 层叠设计审查序号原建议描述实际出炉方式风险点描述123序号可行性修改建议1234 地平面完整性审查序号原建议描述实际出炉方式风险点描述123序号可行性修改建议1233.5 串扰审查序号原建议描述实际出炉方式风险点描述123序号可行性修改建议1233.6 去耦、旁路电容和滤波电容审查序号原建议描述实际出炉方式风险点描述123序号可行性修改建议123