产品pcb emc 接地设计2020 2 28直播课件_W

1、产品 PCB EMC 接地 设计吴卫兵吴卫兵深圳赛盛技术有限公司首席电磁兼容技术专家20多年硬件与电磁兼容技术工作经历，长期从事EMC理论与工程研究，具备丰富的产品EMC设计实践和工程问题解决经验。主要从事汽车电子、设备、航空电子、铁路设备、通信设备、医疗电子等行业电子产品电磁兼容整改、设计工作，并主导制定电磁兼容滤波、接地、屏蔽、系统的规范与指导文件，业界率先提出了“系统流程法、专人负责制”EMC流程设计方法与理念，帮助数百家企 业解决产品的电磁兼容问题，同时传授电磁兼容设计与整改经验，提升了国内30000多名研发工程师的电磁兼容技术水平与能力。目录C O N T EN T S1产品接地定义

2、2 地对EMC影响3 接地设计关键接地重要性产品“地”的设计对产品电磁兼容性能以及可靠性影响很大，一直也是产品电磁兼容设计难点。接地重要性“地”在产品中对电磁兼容的意义就相当生态环境中大地对我们人类意义一样！接地定义线路工程师：地通常是“线路电压的参考点”系统设计师：地常常是机柜或机架电气工程师：关注安全，地是绿色安全地线接地定义人们都在试图给接地一个明晰的定义，在众多的定义中我们较倾向于亨利奥特的定义！接地是电流返回其源的低阻抗通道。这是哲学问题：我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？接地目的 为有用信号提供零电位基准 为电噪声流入大地提供低阻抗通路 保护人员和设备安全，防止电源电压、雷电、静电

3、或其他高能瞬态信号对人员、设备的电击随着电子产品信号速率不断的提高，设备的信号回流也被列入“地”的概念当中。接地也是EMC设计的重要措施，是保证产品安全可靠工作的必要条件。一个差的接地设计，可以通过地线产生电压和电流耦合进电路，从而使系统的功能受到影响， 产生严重的电磁干扰使产品的功能和可靠性受到影响。常见接地分类 模拟地（analog ground）为单板内的模拟电路正常运行或工作设置的低阻抗回流通路或等电位平面。 数字地（digital ground）为单板内的数字电路正常运行或工作设置的低阻抗回流通路或等电位平面。 功率地（power ground）为单板内的大功率电路或电力变换电路专门

4、设置的低阻抗回流通路或等电位平面。 安全地（protection ground）为了保护人员和设备的安全设置的等电位平面。目录C O N T EN T S1产品接地定义2 地对EMC影响3 接地设计关键外部电磁干扰 外部传导干扰，通过地上阻抗形成地电位差，带来产品性能下降 外部辐射干扰，通过地与信号环路形成环路干扰，带来产品异常地电位差共模干扰电压所有的地都具有一定的阻抗，电流流经地时，同样会产生压降。流经工作地中的电流主要来自两个方面，一是信号的回流；另一个是电源的电流需要沿工作地返回。 下图表示了典型的信号和电源共地逻辑电路PCB上共模电压的产生。其中， Vnoise 是电流流经工作地时产

5、生的共模噪声电压。地电位差地电位干扰U1的地电位=G1*(I1+I2+I3)U2的地电位=G1*(I1+I2+I3)+G2*(I2+I3)U3的地电位=G1*(I1+I2+I3)+G2*(I2+I3)+G3*I3以上计算是以直流来计算的，在设备内部，大部分是高频干扰，所以计算电压按照U=L*di/dt计算，电感与地走线粗细、长度、面积、形状有关，di为电流 的大小变化，dt表示电流变化的时间，运行频率越高，电流变化越快，时间越短， 相应产生地上电压越高！地串扰问题I1I1ZZI2地与共模电压辐射发射共模辐射场强公式E=1.26 x I x Lx /r(V/m)其中，I为共模电流强度；L为共模电

6、流路径长度； f为共模电流频率；r为测试点距离共模路径的距离。回路面积芯片的电源与地、信号与地之间形成电流回路，形成环形天线。辐射发射差模辐射场强计算-162E=2.63 x 10(x A x Is) x (1/r)(V/m)其中，I为差模电流强度；A为差模电流环路面积； 为差模电流频率；r为测试点距离差模环路的距离。回路面积越大，辐射强度越大！地线阻抗带来EMI干扰地线阻抗越小，电路的对外辐射或传导就越小，所以，PCB设计中，减小地线阻抗是一个关键要素。目录C O N T EN T S1产品接地定义2 地对EMC影响3 接地设计关键接地阻抗要求良好的参考接地平面是电路或设备运行可靠和免除干扰

7、的基本条件。 理想的接地平面应在系统的任何地方都能为设备提供公共的参考电位点。接地平面应采用低阻抗材料制成（例如铜或钢板，在PCB中为铜平面层），且有足够的长度、宽度和厚度，以保证在所有频率上它的对边之间都是低阻抗。产品接地设计降低地阻抗产品接地设计降低接地阻抗产品接地设计减小环路面积产品接地设计减小环路面积信号与地、电源与地产品接地设计减小环路面积信号与地地层平面层与层之间的填充介质信号回路电源回路布线层1 地 层电源层布线层2地层平面有更小的等效电感和等效电阻，从而能够大大的减小地线上的干扰电压。在层设置时，尽可能使电源平面和布线层与地平面紧邻， 可以有效的减小电源和信号回路面积。地层平面GNDGND产品接地设计不同地之间设计要点分地设计首先保证信号以及电源回流，不能有电源、信号跨分割不同地之间不能加高阻元件（如磁珠）等不同地之间投影面不能重合相同属性的元器件、布线、电源、地在同一投影面地耦合设计接口地(机壳地）与数字地不能重合地耦合设计地耦合设计模拟地与数字地连接模拟地与数字地连接模拟地与数字地连接模拟地与数字地连接模拟地与数字地连接数字电路地与模拟电路地采用“分区但不完全分割地” 的形式，即为保证两者之间的信号回流通畅，可以在被分割的地之间进行