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第六章 PCB 的电磁兼容设计

第六章 PCB 的电磁兼容设计. 线路板上的电磁兼容问题. 线路板的辐射 外界电磁场对线路板的干扰 地线和电源线噪声 地线引起的公共阻抗耦合 走线之间的串扰. 走线是主要辐射源. 时钟频率越高辐射越强. 地线和电源线上的噪声. V CC. I CC. R 2. R 4. R 1. Q 3. Q 2. I 驱动. Q 1. 被驱动电路. R 3. Q 4. I 充电. V g. I g. I 放电. 电源线、地线噪声电压波形. 输出. I CC. V CC. Ig. V g. 地线干扰对电路的影响. 1. 3. 寄生电容.

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第六章 PCB 的电磁兼容设计

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Presentation Transcript

  1. 第六章 PCB的电磁兼容设计

  2. 线路板上的电磁兼容问题 • 线路板的辐射 • 外界电磁场对线路板的干扰 • 地线和电源线噪声 • 地线引起的公共阻抗耦合 • 走线之间的串扰

  3. 走线是主要辐射源

  4. 时钟频率越高辐射越强

  5. 地线和电源线上的噪声 VCC ICC R2 R4 R1 Q3 Q2 I驱动 Q1 被驱动电路 R3 Q4 I充电 Vg Ig I放电

  6. 电源线、地线噪声电压波形 输出 ICC VCC Ig Vg

  7. 地线干扰对电路的影响 1 3 寄生电容 2 4

  8. 线路板走线的电感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H S W I I M L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2

  9. 地线网格

  10. 电源线噪声的消除 V = L(di/dt) 这个环路尽量小 储能电容

  11. 电源解耦电容的正确布置 尽量使电源线与地线靠近

  12. 解耦电容的选择 dI dt Z C = dV 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。 f 1/2 LC

  13. 增强解耦效果的方法 电源 铁氧体 用铁氧体增加电源端阻抗 注意铁氧体安装的位置 地 粗线 细线 用细线增加电源端阻抗 接地线面

  14. 有效滤波的例子 普通电容（1） 三端电容（0.1） 三端电容 + 铁氧体 注意位置！

  15. 多个电容改善解耦效果

  16. 选择合适的电容种类 插线电容 表贴电容

  17. 线路板的两种辐射机理 差模辐射 共模辐射 杆天线 电流环

  18. 实际电路的辐射 ZG ZC = ZG + ZL I ZL 环路面积 = A ~ V 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： E = 1.3 I A f 2 /D （  V/m）

  19. 常用的差模辐射预测公式 考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D （  V/m）

  20. 脉冲信号差模辐射的频谱 差模辐射频率特性线 频谱包络线 - 20dB/dec 40dB/dec - 40dB/dec f 1/d 1/tr f 20dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec 脉冲的差模辐射包络线 f

  21. 不同逻辑电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积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。

  22. 减小差模辐射的方法 E = 2.6 I A f 2 / D 低通滤波器 布线

  23. 控制高频信号的回路

  24. 电路中的强辐射信号 dBV/m dBV/m 1 10 100 1000 1 10 100 1000 只有时钟电路加电工作 所有电路加电工作

  25. 控制回路面积是布线的主要目的 L=20cm

  26. 减小面积降低辐射 L=10cm L=5cm

  27. 单层或双层板如何减小环路的面积

  28. 不良布线举例一

  29. 不良布线举例二 68HC11 E时钟 B 74HC00 A 连接A、B

  30. 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？

  31. 地线对辐射的影响

  32. 地线对辐射的影响

  33. 多层板能减小辐射 信号1 电源层 地线层 低频 信号2 高频

  34. 地线面上的缝隙的影响 75mm A B L 模拟地 A/D变换器 25mm L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV  数字地 

  35. 注意过孔的阻抗 1.5mm PGA 128-pin C/4 PGA

  36. 六层板的设计 注意方向 好 不好 好 不好 这种非典型布线具有最好的电磁兼容特性

  37. 八层板的设计 注意方向 较好 最好 差 很好 电源很好 很好

  38. 十层板的设计 很好 较好 很好 注意方向

  39. 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 20H

  40. 扁平电缆的使用 最好 较好 差 较好，但端接困难

  41. 避免面积较大的地线回路 地线 D C 扁平电缆 B A 这两处都有地线 一部分信号回流经过ABCD

  42. 注意隐蔽的辐射环路 信号线+电源+地线 信号线 信号线 电源/地线 电源/地线 电源/地线 电源 电源

  43. 直流线的辐射 直流线也会产生射频辐射 线 路 板 3 线 路 板 2 线 路 板 1

  44. 外拖电缆的共模辐射 I1 I2 CP I3 CP 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

  45. “无关”的电缆也辐射

  46. 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！

  47. 地线也辐射 你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ? 不接地线 接上地线

  48. 地线辐射产生的原因 电源线电感 地线噪声 电源回路 信号回路

  49. 共模电流估算（两端设备都接地的情况） RW L 1H/m V0 RL ～ RW L CP ICM 线路板接地：ZCM = RW + jL+ RL 线路板不接地：ZCM = RW + jL+ RL + 1/ jC

  50. 共模电流主要由寄生电容产生 V0 / RL 共模 电流 线路板接地 线路板不接地 CP较大 CP较小 频率MHz

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