电磁兼容讲解讲解

1、电路抗干扰技术电路抗干扰技术主讲人：杨学友主讲人：杨学友 教授教授第九章第九章 电路抗干扰技术电路抗干扰技术本章主要内容本章主要内容：1.电路板布局电路板布局2.电路板布线电路板布线3.几个等效模型几个等效模型4.高频信号布线高频信号布线9.1电路板的布局目的：保证每个不同的功能块互不干扰。目的：保证每个不同的功能块互不干扰。主要电路模块：数字部分（单片机及其主要电路模块：数字部分（单片机及其他数字器件）；模拟部分（模拟信号采他数字器件）；模拟部分（模拟信号采集及放大部分）；大功率部分（电机驱集及放大部分）；大功率部分（电机驱动等大电流部分）。动等大电流部分）。原则：功能相同部分尽量放在一起。

2、原则：功能相同部分尽量放在一起。 三种混合电路的布局三种混合电路的布局布局模型布局模型功 率放 大部 分数 字电 路部 分模 拟电 路部 分电源线地线电源入口优点及改进优点及改进优点：电路互相隔离，功率部分优点：电路互相隔离，功率部分电流最大，靠近电源。电流最大，靠近电源。改进：每个模块都有独立的电源改进：每个模块都有独立的电源和地线。隔离最彻底。和地线。隔离最彻底。9.2 9.2 电路板的布线电路板的布线电源部分：这是电路中最重要的电源部分：这是电路中最重要的部分，一个稳定的电源电路是这部分，一个稳定的电源电路是这个电路稳定工作的基础。个电路稳定工作的基础。关于电源入口的处理：最好加上关于电

3、源入口的处理：最好加上一个滤波电路。（包括高频（开一个滤波电路。（包括高频（开关电源）和低频（关电源）和低频（50hz工频）工频）几种滤波电路几种滤波电路型滤波电路：电容型滤波电路：电容-电感电感-电容电容其他其他一阶低通滤波电路：包括电解电一阶低通滤波电路：包括电解电容、容、0.1u电容滤波。电容滤波。低通滤波：频率响应。低通滤波：频率响应。电源线和地线的宽度电源线和地线的宽度原则：原则：1A电流至少需要电流至少需要1mm宽的电源线。宽的电源线。地线尽量宽，保证地电阻最小。一般在地线尽量宽，保证地电阻最小。一般在电路板中需要电路板中需要PLACE PLOGEN。去藕电容和旁路电容的概念去藕电

4、容和旁路电容的概念去藕电容：藕表示去藕电容：藕表示2个对象的连接。去藕个对象的连接。去藕电容就是在电容就是在2个相互连接对象之间所加的个相互连接对象之间所加的电容。比如集成块电压入口处所加的电电容。比如集成块电压入口处所加的电容。容。旁路电容：一般来说是滤去信号中某一旁路电容：一般来说是滤去信号中某一些频率分量所加的电容。旁路的些频率分量所加的电容。旁路的“路路”一般是指电源的一般是指电源的“地地”部分。部分。旁路电容的来源旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，在实用方法，在50 - 60年代，这个词也就有它年代，这个词也就有它特有的含义，现

5、在已不多用。电子管或者晶体特有的含义，现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴极的阴极对地串接一个电阻，利用板流形成阴极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做叫做“自偏自偏”，但是对（交流）信号而言，这，但是对（交流）信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就同时又是一个负反馈

6、，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一个足够大的点容，这就叫在这个电阻上并联一个足够大的点容，这就叫旁路电容。旁路电容。 去藕电容和旁路电容去藕电容和旁路电容1）电源部分去藕电容：在进入每个芯片时，）电源部分去藕电容：在进入每个芯片时，一般在电源和地部分加上一个去藕电容。一般在电源和地部分加上一个去藕电容。2个作用：个作用： a）防止电源部分的干扰进入芯片）防止电源部分的干扰进入芯片 b）防止芯片产生的干扰影响电源）防止芯片产生的干扰影响电源2）旁路电容：一般是为了去掉某种频率分）旁路电容：一般是为了去掉某种频率分量。量。3）去藕电容和旁路电容的摆放位置。）去藕电容和旁路电容的摆放位置。去藕

7、、旁路位置去藕、旁路位置9.39.3几种元件的等效模型几种元件的等效模型电容的等效模型：电解电容有较强的电电容的等效模型：电解电容有较强的电感特性感特性 电解电容的解释电解电容的解释低频特性：组成的低通滤波电路可以滤去一定范围内低频特性：组成的低通滤波电路可以滤去一定范围内的高频的高频高频特性：当频率上升到一定阶段后，高频部分不衰高频特性：当频率上升到一定阶段后，高频部分不衰减。减。改进：后续最好加一个包括改进：后续最好加一个包括0.1u的磁片等电容的低通的磁片等电容的低通滤波滤波电感的等效模型电感的等效模型模型：模型： 验证电路验证电路理想电感低通滤波响应实际电容低通滤波响应4.4.高频数字

8、电路布线高频数字电路布线4.1 基本概念基本概念 1）高频信号：当信号频率大于）高频信号：当信号频率大于100M时或者信时或者信号的上升沿很小，比如号的上升沿很小，比如100ps,都可理解为高频都可理解为高频信号信号 2）信号完整性）信号完整性SI（Signal Integrity）：指信）：指信号线上的信号质量，主要问题包括反射、振铃、号线上的信号质量，主要问题包括反射、振铃、地弹、串扰等。反射和振铃是由传输介质的不地弹、串扰等。反射和振铃是由传输介质的不匹配造成；地弹是由多个匹配造成；地弹是由多个IO口同时变化引起地口同时变化引起地平面的瞬时毛刺；串扰是由平面的瞬时毛刺；串扰是由2个（或多

9、个）信个（或多个）信号相互干扰引起（比如一个信号回路面积较大号相互干扰引起（比如一个信号回路面积较大引起天线效应）。引起天线效应）。3）传输线理论及模型：当传输信号的信号传输线理论及模型：当传输信号的信号线的长度大于该信号波长（工程上取波线的长度大于该信号波长（工程上取波长的长的1/20）时，此信号线就是传输线。）时，此信号线就是传输线。传输线模型如下图（传输线模型如下图（R3是匹配电阻）：是匹配电阻）：4）特征阻抗（匹配电阻）：信号线上某一点上）特征阻抗（匹配电阻）：信号线上某一点上瞬时电压和瞬时电流的比值，传输线模型的瞬时电压和瞬时电流的比值，传输线模型的R L C是单位长度上的度量。反映

10、在是单位长度上的度量。反映在PCB电路板电路板就是就是TRACK的特性。只要分布参数恒定，特的特性。只要分布参数恒定，特种阻抗固定。公式如下：种阻抗固定。公式如下： Z0 = SQRT（L0 / C0）5）信号线延迟：信号从源端经过导体到达终端）信号线延迟：信号从源端经过导体到达终端的时间。的时间。 T0 = SQRT（L0*C0） V = C / SQRT(E) c：光速：光速 E：电介率：电介率 T = S / V S:信号线长度信号线长度 4.2 高速电路设计技术高速电路设计技术理论分析理论分析RLC串联电路集总模型：将分布参数集串联电路集总模型：将分布参数集中可以方便分析。中可以方便分

11、析。RLC电路的阶跃信号响应：电路的阶跃信号响应： 1）欠阻尼：）欠阻尼：R太小太小(反射和振铃反射和振铃) 2）过阻尼：）过阻尼：R太大（反射）太大（反射） 3）临界：）临界： R=sqrt（L/C）1.端接技术：端接技术： 短传输线：当最小数字脉宽大于传输线的短传输线：当最小数字脉宽大于传输线的延迟，称为短传输线；长传输线反之。延迟，称为短传输线；长传输线反之。 短传输线：使用源端匹配短传输线：使用源端匹配 短传输线：使用终端匹配短传输线：使用终端匹配信号线长度的计算：信号线长度的计算： 如果要求信号上升沿的长度不能如果要求信号上升沿的长度不能 大于大于2ns 则由公式则由公式 v = C

12、/sqrt(E) ,E=4.5左右，左右， 则则v等于等于1.5 x 108 m/s ，2x1.5x0.1=30cm * 对于百兆信号，小于对于百兆信号，小于1ns，则信号线，则信号线 长度不能大于长度不能大于15cm，并且按照长短，并且按照长短 传输线进行相应的端接匹配。传输线进行相应的端接匹配。关于总线等长分析关于总线等长分析高速总线等长：比如对于船舶项目高速总线等长：比如对于船舶项目DSP数据线数据线D015，由于上升沿很小，要求，由于上升沿很小，要求数据线等长，即要求这数据线等长，即要求这16根线必须同时根线必须同时满足信号建立时间要求。设建立时间为满足信号建立时间要求。设建立时间为1ns，且信号输出时上升沿为，且信号输出时上升沿为0.5ns，则，则这这16根线必须小于根线必须小于15cm。PCI电路板时钟线：一般是走蛇形线，是电路板时钟线：一般是走蛇形线，是为了时钟的延迟时间是个定值。为了时钟的延迟时间是个定值。4.3 4.3 信号互扰分析及解决信号互扰分析及解决电流环（天线）理论：当一个信号的电流回路电流环（天线）理论：当一个信号的电流回路比较大时，就形成天线，容易被其他信号干扰。比较大时，就形成天线，容易被其他信号