PCB电磁兼容设计.ppt

1、电路板制作及产品调试项目1:电子钟电路板制作及电路调试，电子钟电路板制作及电路调试典型任务分析学习目标学习和工作内容课时要求教学方法和组织形式学业评价方法。电磁兼容性英语是电磁兼容性，简称EMC。电磁兼容技术是一门发展迅速的综合性交叉学科，研究印刷电路板设计中电场和磁场的兼容性。电磁兼容技术涉及0 400千兆赫的频率范围，研究电路板设计中电场和磁场的兼容性。在设备和系统的设计、开发、生产、使用和维护中应使用EMC技术。电磁兼容基础知识电磁波作为一种资源，在0 400千兆赫的宽频范围内被广泛应用于信息技术产品中。伴随而来的电磁干扰也从低频带向微波带向设备系统和周围环境辐射或传导，给设备乃至社会生

2、产活动和人类健康带来越来越严重的危害。10.1.1电磁兼容性及相关概念设备或系统在其电磁环境中正常工作的能力，不会对环境中的任何事物造成不可忍受的电磁干扰。设备或系统产生的电磁干扰不得对周围环境造成不可承受的影响；也不应该对周围环境造成无法忍受的“污染”；2.设备或系统应对来自周围环境的电磁干扰具有足够的防御能力。研究内容：电磁兼容设计、电磁兼容测试、电磁兼容标准和电磁兼容预测。电磁兼容的三个要素：干扰源、耦合路径和敏感体。切断任何项目都可以解决电磁兼容问题。电磁环境由空间、时间和频谱组成。2.与电磁兼容性相关的概念电磁干扰会导致设备、传输通道或系统的性能下降。电子系统的干扰路径主要是通过电源

3、、信号线或控制电缆、磁场穿透，最后直接通过天线；a、6、电缆耦合(来自其他设备的传导干扰)、电子系统的内部场耦合(来自其他设备的辐射干扰)、电子设备到内部场的外部耦合、宽带发射机天线系统、外部环境场等。电磁干扰是指任何可能降低设备、装置或系统性能或对生物或非生物造成损害的电磁现象。电磁干扰可以表现为以下三种形式：电磁噪声、无用信号或介质本身的变化。电磁辐射：电磁波由波源发射到空间或以电磁波的形式存在于空间的现象。“电磁辐射”一词的含义有时可以扩展，电磁感应现象也包括在内。电磁噪声是一种随时间变化的电磁现象，显然不传递信息。它可以叠加或结合有用的信号，有时称为电磁环境。共模干扰(CM)和差模干扰

4、(DM):共模干扰存在于电源的任何相线与地之间或中性线与地之间。共模干扰，有时称为纵向模式干扰、不对称干扰或接地干扰，是载流导体和地之间的干扰。电源相线与零线、相线之间存在差模干扰。差模干扰也称为正常模式干扰、横向模式干扰或对称干扰，即载流导体之间的干扰。共模干扰表示干扰通过辐射或串扰耦合到电路中。差模干扰表示干扰来自同一个电源电路。随着高能、高频、高密度发射源的增加，系统的辐射会加剧，干扰信号会增强。电磁辐射污染已被世界卫生组织列为必须严格控制的现代公害之一。据调查，长期接触h解决电磁兼容问题，应从以下几个方面入手：电磁干扰源，包括其频域和时域特性、产生机理和抑制措施；电磁干扰的传播特性；敏

5、感设备的抗干扰能力；电磁兼容性问题的测量方法：系统内部和系统之间的电磁兼容性。A，11，1。干扰源传导干扰，空间干扰2。耦合路径电磁干扰的传播路径包括通过电力线、信号线、地线和地传播的“传导干扰”和直接通过空间传播的“辐射干扰”。前者属于高频部分(30兆赫)，而后者属于低频部分(30兆赫)。传导干扰是指一个电网信号通过传导介质耦合(干扰)到另一个电网。例如，当空调打开时，室内的荧光灯会立即变暗，因为大量电流流向空调，电压迅速下降，从而影响使用相同电源的荧光灯。常用的解决方案是通过去耦消除传导干扰，如在发电机和受干扰设备的电源线上安装滤波器，或将信号线改为光纤。辐射干扰是指干扰源通过空间将(干扰

6、)信号耦合到另一个电网。在高速印刷电路板和系统的设计中，高频信号线、集成电路引脚和各种连接器可能成为具有天线特性的辐射干扰源，会发射电磁波，影响本系统其他系统或其他子系统的正常运行。因为传播路径是空间，所以除了上述滤波之外，解决辐射干扰的方法只能通过屏蔽设备来有效。辐射发射有两种基本类型：差模和共模。一般设备的电力线和通信线，用作传输电力或信号的往返线路。a，14，干扰电压和电流分为两种类型：一种是两条导线分别作为往返线路传输；另一种是两条导线开路，地线进行反向传输。前者是“差模”，后者是“共模”。干扰信号侵入线路和地之间，干扰电流流过两条线路的一半，以地为公共回路，易于消除。a，15，干扰电

7、压和电流分为两种类型：一种是两条导线分别作为往返线路传输；另一种是两条导线开路，地线进行反向传输。前者是“差模”，后者是“共模”。干扰信号侵入线路和地之间，干扰电流流过两条线路的一半，以地为公共回路，易于消除。a，16，但在实际电路中，由于两个接线端和地线之间的阻抗不平衡，会有相互模式转换。也就是说，当通过导线传输的模式在终端被反射时，共模信号干扰将被转换成难以消除的串扰干扰。通常，这两种干扰同时存在。由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中会相互转换，所以情况非常复杂。总而言之，当设备和电线的长度短于波长时，主要问题是传导干扰；当它们的尺寸大于波长时，主要问题是辐射干扰。3.提高设备的抗耦合干

8、扰性能(1)电路耦合电路耦合的电磁兼容设计方法如下：(1)不同的电源可以提供由普通电源内阻引起的电磁干扰。对于由公共回路导体引起的电磁干扰，导体的阻抗可以被限制或去耦。公共回路导体的阻抗包括电阻和电感。a，18，限制电阻的方法：增加公共回路导体的横截面积，减小公共回路导体的长度并减小接触电阻。限制电感的方法：减少公共回路的长度容性耦合的电磁兼容设计方法是：将干扰源U1的幅度和干扰源的变化速度最小化。耦合电容应设计得尽可能小：增加两根导线之间的距离，缩短两根导线的长度，避免两根导线平行走线。a，20，屏蔽的目的是切断干扰源和被干扰物体之间的电源线。屏蔽方法：采用与干扰源的参考电位相连的屏蔽或与被

9、干扰物体的参考电位相连的屏蔽，或两者兼而有之。当导体长度小于工作信号波长的1/20时，应采用单点接地，否则应采用多点接地。接地长度应尽可能短。a，21，平衡目的：当干扰源和被干扰物的参考电位相互独立时，干扰源和被干扰物的耦合电容可以通过平衡方法来平衡，以避免容性耦合的电磁干扰。平衡法：干扰源和被干扰物均采用双绞线；四芯导线用于使干扰源和被干扰物体的导线对称交叉。电感耦合任何两个回路之间都有互感。互感值与介质的磁导率成正比，并与两个电路的几何尺寸有关。电感耦合的电磁兼容设计方法如下：尽量减小干扰源电流的变化速度。最小化两个电路之间的互感：增加两个电路之间的距离；缩短两条线路的长度；避免两条电路的

10、并行布线；减少两条电路的面积，减少重叠。屏蔽的目的是切断干扰源和被干扰物体之间的磁力线。屏蔽方法：铁磁导体静态磁屏蔽和良导体感应涡流动态磁屏蔽。(4)平衡的目的：通过平衡减少或消除电感耦合引起的电磁干扰。辐射耦合辐射耦合是电磁场通过空间与被干扰物体的耦合。辐射耦合的电磁兼容性设计方法如下：采用空间分离的方法，将易相互干扰的设备和导线布置得更远，调整电磁场矢量的方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最小。采用时间分离法，将产生辐射的设备和容易接收辐射的设备安排在不同的时间工作。a，25，使用频率分离方法，产生辐射的设备的工作频率不同于容易接收辐射的设备的工作频率。(4)采取屏蔽措施，用屏蔽材料密封被干

11、扰物体，使其内部电磁场强度低于允许值。屏蔽效果通过屏蔽系数来衡量。降低天线的有效高度。减少环路面积。A，26，10.1.3印刷电路板中的电磁兼容性问题及预防措施电子产品趋向于高速、宽带、高灵敏度、高密度和小型化，这导致了更严重的电磁兼容性问题。高速数字电路印制板就是一个典型的例子，印制板的电磁兼容性是高速印制板设计中迫切需要解决的技术问题。电磁兼容性的预防和控制是一个系统工程，应在设备和系统设计、开发、生产、使用和维护的各个阶段充分考虑和实施。电磁兼容性对设备有两个要求：第一，27设备工作时不会对外界产生不利的电磁干扰；另一种对外部电磁干扰不太敏感。前一个要求称为干扰发射要求，后一个要求称为灵

12、敏度或抗扰度要求。设备的电磁兼容性要求。它可以进一步分为传导发射、辐射发射、传导灵敏度(免疫性)和辐射灵敏度(免疫性)。电磁兼容性问题(1)印刷电路板中的带状线、电线和电缆之间的串扰以及电子元件中的带状线、电线和电缆之间的串扰一般来说，在高频下电容耦合是主要的，但是如果源阻抗和接收器中的一个或两个采用屏蔽电缆并且在屏蔽层的两端接地，磁场耦合将是主要的。此外，低频通常具有低电路阻抗，电感耦合是主要的一种。通过串扰预测，可以保证印刷电路板上数字和模拟信号之间的适当间距。数字电路印刷电路板加剧了电子产品的电磁辐射。计算机等电子设备的电路一般是通过数字电路印刷电路板实现的，在很多情况下，数字电路印刷电

13、路板产生的辐射问题比模拟电路印刷电路板更为严重。由于数字电路驱动电流大，辐射强度也大；高速时钟脉冲和数字信号拓宽了辐射频带。印刷电路板的电磁辐射可分为两种基本类型：差模辐射和共模辐射。差模辐射的特性取决于闭环中的电流特性。共模辐射是由对地干扰(噪声)电压引起的。电磁辐射主要表现在：对周围电子系统的窄带和宽带干扰；另一方面，它会导致潜在的信息泄露。一、32、影响印刷电路板电磁辐射的主要因素是印刷电路板结构和激励因素：不同的印刷电路板结构有不同的辐射效应，传输带长度、环路面积、地线方向和整体布局都会影响辐射效应。显然，印刷电路板的布局设计将直接影响整机的电磁辐射。在一定的激励状态下，抑制和降低整个

14、系统的辐射水平必须从印刷电路板的辐射分析和布局优化设计开始。布线结构的合理设计也是降低印刷电路板辐射的关键。消除辐射干扰的最有效方法是屏蔽、屏蔽噪声源或屏蔽敏感电路。除了屏蔽方法外，通过改变电路设计可以提高系统的抗干扰能力。2.电磁兼容预防措施要解决电磁兼容问题，应该从产品开发阶段开始，贯穿于整个产品或系统的开发和生产过程。国内外的大量经验表明，在产品或系统开发过程中，我们越早关注电磁兼容，就能节省越多的人力和物力。a、34、在控制方法中，除了众所周知的抑制干扰传播的技术，如屏蔽、接地、搭接、合理布线等方法外，我们还可以采用回避和分流技术，如空间方位分离、分频和回避、滤波、吸收和旁路等。有时这

15、些回避和转移技术简单而巧妙，可以取代成本高、质量大、体积大的硬件措施，事半功倍。电磁兼容设计的关键技术是研究电磁干扰源a，35控制干扰源的电磁辐射。为了控制干扰源的发射，需要广泛应用屏蔽(包括隔离)、滤波和接地技术。(1)屏蔽主要利用各种导电材料使外壳与大地相连，从而切断静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合的电磁噪声传播路径。电磁屏蔽是预防和控制电磁兼容的重要手段。电磁屏蔽是一种基于金属隔离原理控制电磁干扰从一个区域到另一个区域的感应和辐射传播的方法。屏蔽一般分为两种类型：一种是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响；另一种是电磁屏蔽，主要防止交变电场、交变磁场和交变电磁场的影响。静电屏蔽应该有两个基本点，即完善的屏蔽体和良好的接地。隔离隔离主要使用继电器、隔离变压器或光电隔离器来切断电磁噪声传导的传播路径。其特点是将两个电路的接地系统分开，并切断通过阻抗耦