【教学课件】第五章PCB的电磁兼容设计.ppt

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1、第五章 PCB的电磁兼容设计,脉冲信号的频谱,T,1/d,1/tr,d,tr,谐波幅度（电压或电流）,频率（对数）,-20dB/dec,-40dB/dec,A,V(or I)=2A(d+tr)/TV(or I)=0.64A/TfV(or I)=0.2A/Ttrf2,地线和电源线上的噪声,Q1,Q2,Q3,Q4,R4,R2,R3,R1,VCC,被驱动电路,ICC,I驱动,I充电,I放电,Ig,Vg,电源线、地线噪声电压波形,输出,ICC,VCC,Ig,Vg,1,3,2,4,寄生电容,地线干扰,线路板走线的电感,L=0.002S(2.3lg(2S/W)+0.5 H,W,S,L=(L1L2-M2)/

2、(L1+L2-2M)若：L1=L2L=(L1+M)/2,M,I,I,地线网格,电源线噪声的消除,电源线电感,储能电容,这个环路尽量小,电源解耦电容的正确布置,尽量使电源线与地线靠近,解耦电容的选择,C=,dI dt,dV,Z,f,1/2 LC,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。,增强解耦效果的方法,电源,地,铁氧体,注意铁氧体安装的位置,接地线面,细线,粗线,用铁氧体增加电源端阻抗,用细线增加电源端阻抗,线路板的两种辐射机理,差模辐射,共模辐射,电流环,杆天线,电流环路产生的辐射,近场区内:H=IA/(4D3)A/m E=Z0IA/(2D

3、2)V/m ZW=Z0（2D/）远场区内:H=IA/(2D)A/m E=Z0 IA/(2D)V/m ZW=Z0=377,A,I,随频率、距离增加而增加,Z0,f、D,导线的辐射,近场区内:H=I L/(4D2)A/m E=Z0I L/(8 2 D3)V/m ZW=Z0（/2D）远场区内:H=I L/(2 D)A/m E=Z0 I L/(2 D)V/m,I,L,随频率、距离增加而减小,Z0,f、D,实际电路的辐射,ZG,ZL,V,ZC=ZG+ZL,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）

4、远场：E=1.3 I A f 2/D（V/m）,环路面积=A,I,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）,脉冲信号差模辐射的频谱,频谱包络线,差模辐射频率特性线,脉冲的差模辐射包络线,1/d 1/tr,40dB/dec,f,f,f,-20dB/dec,-40dB/dec,E=2.6 I A f 2/D EdB=20lg（2.6 I A/D）+40lg f,40dB/dec,20dB/dec,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。,如何减小差模辐射？,E=2

5、.6 I A f 2/D,低通滤波器,布线,电路中的强辐射信号,1 10 100 1000,1 10 100 1000,dBV/m,dBV/m,所有电路加电工作,只有时钟电路加电工作,电流回路的阻抗,L,R,I,Z=R+jLL=/I A,单层或双层板如何减小环路的面积,不良布线举例,68HC11,74HC00,A,B,连接A、B,E时钟,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？,多层板能减小辐射,信号1,电源层,地线层,信号2,低频,高频,DC0.5 1 10 100 1G,1,10,地线面的阻抗，m/平方,地线面具有很小的地线阻抗,地线面上的缝隙的影响,模拟

6、地,数字地,A/D变换器,L,75mm,25mm,L:0 10cm VAB:15 75mV,A,B,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,扁平电缆的使用,地线,一部分信号回流经过ABCD,A,B,C,D,最好,较好,差,较好，但端接困难,扁平电缆,这两处都有地线,外拖电缆的共模辐射,L,I2,H,CP,I3,I1,CP,VCM,机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！,两端设备都接地的情况,L,CP,ICM,RW,RW,L,ZCM=RW+jL+RL+1/jC,悬浮电缆,ICM,近场区内:E=1430I L/(f D3)V/m远场区内:E=0.63

7、 I L f/D V/m考虑地面反射：E=1.26 I L f/D V/mL/2或/4时：E=120I/D V/m,电缆长度：L,共模电流的测量,电流卡钳,频谱分析仪,VdBV,ICM,被测电流 I,V,传输阻抗：ZT=V/I,怎样减小共模辐射,E=1.26 I L f/D,共模滤波共模扼流圈减小共模电压,使用尽量短的电缆,共模滤波,电缆屏蔽,平衡接口电路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z0/2,Z0/2,增加共模回路的阻抗,PCB,PCB,共模回路,改善量=20lg(E1/E2)=20lg(ICM1/ICM2)=20lg(VCM/ZCM1)/(VCM/ZCM2)=20 lg(ZCM2/ZC

8、M1)=20 lg(1+ZL/ZCM1)dB,I/O接口布线的一些要点,干净区域,滤波电容,电源线连接,地线连接,信号滤波器,隔离变压器/光耦隔离器,桥,壕沟,时钟电路、高速电路,滤波器电容量的选择,R负载,R源,电容合适,电容过大,用屏蔽电缆抑制共模辐射,CM,CM,DM,CM,CM,屏蔽电缆的评估,CM,CM,DM,V,辐射环路,V,I,ZT=V/I,不同屏蔽层的传输阻抗,102 103 104 105 106 107 108,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,传输阻抗（m/m）,Hz,铝箔,单层编织,最佳单层编织,双层编织,双层编织+一层金属,双层编织+双层金属,实心铜,屏蔽层的错误接法,CM,电缆屏蔽层的正确端接,利用机械力将屏蔽层压紧,金属连接器护套,指形簧片,护套与屏蔽层端接,导电弹性衬垫,连接器上紧螺纹,航空连接器,D形连接器,线路板上的局部屏蔽,利用一层铜箔做屏蔽盒面,屏蔽盒的接地间隔/20,所有穿出屏蔽盒的导线经过滤波,片状电容,