电磁兼容技术基础知识5PCB的电磁兼容设计(布谷鸟声学)

1、电磁兼容技术基础知识5PCB的电磁兼容设计(布谷鸟声学)电磁兼容技术基础知识5PCB的电磁兼容设计(布谷鸟声学)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)/Trf2PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计脉冲信号的频谱脉冲信号的频谱: :Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驱动电路被驱动电路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电IgVgPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计地线和电源线上的噪声地线和电源线上的噪声: :输出ICCVCCIgVgPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电源线、地线噪声电压波形电源线、地线

2、噪声电压波形: :1324寄生电容PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计地线干扰地线干扰: :L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MIIPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计线路板走线的电感线路板走线的电感 : :PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计地线网格地线网格: :电源线电感电源线电感储能电容储能电容这个环路尽量小这个环路尽量小PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电源线噪声的消除电源线噪声的消除: :尽量使电源线与地线靠近尽量使电源线

3、与地线靠近PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电源解耦电容的正确布置电源解耦电容的正确布置: :C = dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间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导致了电源导致了电源线上出现电压跌落线上出现电压跌落dV。 PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计解耦电容的选择解耦电容的选择: :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电用铁氧体增加电源端阻抗源端阻抗用细线增加电源用细线增加电源端阻抗端阻抗PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计增强解耦效果的方法增强

4、解耦效果的方法: :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PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计线路板的两种辐射机理线路板的两种辐射机理: :近场区内近场区内: H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA / (2 D2) V/m ZW = Z0（2 D/ ） 远场区内远场区内: H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 AI随频率、距离增加而增加 Z0 f、DPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电流环路产生的辐射电流环路产生的辐射: :近场区内近场区内: H = I L / (4 D2) A/m E

5、 = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW = Z0（ /2 D） 远场区内远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI L随频率、距离增加而减小 Z0 f、DPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计导线的辐射导线的辐射: :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

6、= AIPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计实际电路的辐射实际电路的辐射: :考虑地面反射时：考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计常用的差模辐射预测公式常用的差模辐射预测公式: :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- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/decPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计脉冲信号

7、差模辐射的频谱脉冲信号差模辐射的频谱: :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。PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计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: :E = 2.6 I A f 2 / D低通滤波器低通滤波器布线PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计如何减小差模辐射？如何减小差模辐射？ 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB 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PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电路中的强辐射

8、信号：电路中的强辐射信号：LRIZ = R + j LL = / I APCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计电流回路的阻抗：电流回路的阻抗：PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计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：68HC1174HC00AB连接连接A、BE时钟PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计不良布线举例：不良布线举例：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？PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计随便设置的地线没有用：随便设置的地线没有用：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 10

9、0 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PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计多层板能减小辐射：多层板能减小辐射：模拟地模拟地数字地数字地A/D变换器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVABPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计地线面上的缝隙的影响：地线面上的缝隙的影响：关键线（时钟、射频等）产生较强辐射无地线电源层地线层20HPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计线路板边缘的一些问题：线路板边缘的一些问题：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

10、困难扁平电缆这两处都有地线这两处都有地线PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计扁平电缆的使用：扁平电缆的使用：LI2HCPI3I1CPVCM机箱内的所有信机箱内的所有信号都会通过电缆号都会通过电缆辐射！辐射！PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计外拖电缆的共模辐射：外拖电缆的共模辐射：LCPICMRWRWL ZCM = RW + j L+RL+1/ j CPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计两端设备都接地的情况：两端设备都接地的情况：ICM近场区内近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m远场区内远场区内: I L f / D V/m考虑地面反射：考虑地面反射： I L f / D V

11、/mL /2或或 /4时：时： E = 120I / D V/m电缆长度：电缆长度：LPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计悬浮电缆：悬浮电缆：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 PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计共模电流的测量共模电流的测量： 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短的电使用尽量短的电缆缆共模滤波共模滤波电缆屏蔽电缆屏蔽PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计怎样减小共模辐射：怎样减小共模辐射：+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2PCB

12、的电磁兼容设计的电磁兼容设计辐射平衡接口电路：辐射平衡接口电路：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 ) dBPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计增加共模回路的阻抗：增加共模回路的阻抗：干净区域滤波电容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PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计I/OI/O接口布线的一些要点：接口布线

13、的一些要点：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 150pF 100pF 30pFPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计滤波器电容量的选择：滤波器电容量的选择：CMCMDMCMCMPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计用屏蔽电缆抑制共模辐射：用屏蔽电缆抑制共模辐射：CMCMDMV辐射环路辐射环路VIZT = V / IPCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计屏蔽电缆的评估：屏蔽电缆的评估：102 103 104 105 106 107 108110100100010000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