印刷電路板的電磁兼容問題2014420

1、印刷電路板(PCB)的電磁兼容問題PCB的發(fā)展趨勢及存在的問題n印刷電路板（印刷電路板（PCB, Printed Circuit Board）作為電子產(chǎn)品）作為電子產(chǎn)品中電路元件和器件的電氣連接的支撐元件中電路元件和器件的電氣連接的支撐元件p高速、寬帶、高靈敏度、高密集度和小型化高速、寬帶、高靈敏度、高密集度和小型化 p布局布線密度增加，信號頻率提高布局布線密度增加，信號頻率提高 p高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件、布線網(wǎng)絡(luò)以及各種高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件、布線網(wǎng)絡(luò)以及各種元件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源元件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源p信號在互連線上的傳輸

2、具有信號在互連線上的傳輸具有反射、串音干擾、延遲和畸變反射、串音干擾、延遲和畸變等等n如何處理高速信號的電磁兼容問題成為如何處理高速信號的電磁兼容問題成為PCB設(shè)計(jì)能否成設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵因素功的關(guān)鍵因素 PCB研究的主要問題n布線網(wǎng)絡(luò)本身的布線網(wǎng)絡(luò)本身的信號完整性信號完整性，主要分析印刷線之間的互，主要分析印刷線之間的互擾及串音干擾問題擾及串音干擾問題 n實(shí)際布線網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的實(shí)際布線網(wǎng)絡(luò)可能產(chǎn)生的電磁輻射和電磁干擾電磁輻射和電磁干擾，分析印，分析印刷線作為源刷線作為源向外輻射向外輻射情況情況 n電路板本身電路板本身抵抗外部電磁干擾的能力抵抗外部電磁干擾的能力，分析印刷線上作，分析印刷線上作

3、為接收器受到的干擾程度為接收器受到的干擾程度1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口的布線7.集成電路的集成電路的EMC抑制抑制PCB的電磁兼容問題的電磁兼容問題 PCB信號完整性分析n信號完整性信號完整性（Signal Integrity，簡稱，簡稱SI）是指信號線上的信）是指信號線上的信號質(zhì)量號質(zhì)量及信號定時(shí)的準(zhǔn)確性及信號定時(shí)的準(zhǔn)確性 p良好的信號完整性是指在需要的時(shí)候具有所必需達(dá)到的電壓良好的信號完整性是指在需要的

4、時(shí)候具有所必需達(dá)到的電壓電平值電平值p差的信號完整性不是由單一因素導(dǎo)致，而是板級設(shè)計(jì)中多種差的信號完整性不是由單一因素導(dǎo)致，而是板級設(shè)計(jì)中多種因素共同引起因素共同引起 PCB信號完整性分析信號完整性問題包括：信號完整性問題包括：反射、過沖、振蕩、地彈、串?dāng)_反射、過沖、振蕩、地彈、串?dāng)_等等 PCB信號完整性分析n對于同一布線網(wǎng)絡(luò)上對于同一布線網(wǎng)絡(luò)上同一信號同一信號的的反射分析、阻抗匹配分反射分析、阻抗匹配分析、過沖分析、信號時(shí)序分析析、過沖分析、信號時(shí)序分析 n對于鄰近布線網(wǎng)絡(luò)上對于鄰近布線網(wǎng)絡(luò)上不同信號不同信號之間的之間的串?dāng)_分析串?dāng)_分析n阻抗控制阻抗控制: :p現(xiàn)代的高速數(shù)字設(shè)計(jì)中，越來越要

5、求現(xiàn)代的高速數(shù)字設(shè)計(jì)中，越來越要求PCB板具有很好的控制阻抗板具有很好的控制阻抗特性特性p要求要求PCB上某部分的阻抗盡量為一個(gè)固定值，信號在傳輸過程中上某部分的阻抗盡量為一個(gè)固定值，信號在傳輸過程中畸變和衰減最小，保證信號的完整性畸變和衰減最小，保證信號的完整性n考慮布線網(wǎng)絡(luò)的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮布線網(wǎng)絡(luò)的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，PCB絕緣層的電介質(zhì)特絕緣層的電介質(zhì)特性以及每一布線層的電氣特性性以及每一布線層的電氣特性 PCB信號完整性分析上沖下沖上沖下沖振鈴振鈴延遲錯(cuò)誤延遲錯(cuò)誤多次跨越邏輯電平閾值多次跨越邏輯電平閾值 PCB信號完整性分析n傳輸線不連續(xù)導(dǎo)致的振蕩及反射傳輸線不連續(xù)導(dǎo)致的振蕩及反射p源端

6、與負(fù)載端阻抗不源端與負(fù)載端阻抗不匹配引起線上反射，匹配引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反負(fù)載將一部分電壓反射回源端射回源端p布線的幾何形狀布線的幾何形狀p不正確的跡線端接不正確的跡線端接p經(jīng)過連接器的傳輸經(jīng)過連接器的傳輸p電源平面的不連續(xù)電源平面的不連續(xù)p走線阻抗的變化走線阻抗的變化 PCB信號完整性分析n信號的過沖信號的過沖(overshoot)第一個(gè)峰值或者谷值超過設(shè)定第一個(gè)峰值或者谷值超過設(shè)定電壓電壓p下沖下沖(undershoot)，是指下一個(gè)谷值或者峰值，是指下一個(gè)谷值或者峰值p過大的過沖能夠引起保護(hù)二極管工作，導(dǎo)致過早失效過大的過沖能夠引起保護(hù)二極管工作，導(dǎo)致過早失效p過分的下沖能夠

7、引起假的時(shí)鐘或者數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（誤操作）過分的下沖能夠引起假的時(shí)鐘或者數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（誤操作） PCB信號完整性分析n信號振鈴（信號振鈴（ringing）和環(huán)繞振蕩（）和環(huán)繞振蕩（rounding）由線上過度）由線上過度的電感和電容引起的電感和電容引起p振鈴屬于欠阻尼狀態(tài)，環(huán)繞振蕩屬于過阻尼狀態(tài)振鈴屬于欠阻尼狀態(tài)，環(huán)繞振蕩屬于過阻尼狀態(tài)p振鈴可以通過適當(dāng)端接予以減小，但不可能完全消除振鈴可以通過適當(dāng)端接予以減小，但不可能完全消除 PCB信號完整性分析n地彈（地彈（ground bounce）：在電路中有大的電流涌動時(shí)會）：在電路中有大的電流涌動時(shí)會引起地平面反彈噪聲引起地平面反彈噪聲p如大量芯片的輸出同時(shí)

8、開啟時(shí)，將有一個(gè)較大的瞬態(tài)電流如大量芯片的輸出同時(shí)開啟時(shí)，將有一個(gè)較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過，在真正的地平面（在芯片與板的電源平面流過，在真正的地平面（0V）上產(chǎn)）上產(chǎn)生電壓波動和變化，影響其它元器件動作生電壓波動和變化，影響其它元器件動作n由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層被分割由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當(dāng)數(shù)字信號傳到模擬地為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當(dāng)數(shù)字信號傳到模擬地線區(qū)時(shí)，就會產(chǎn)生地平面回流噪聲線區(qū)時(shí)，就會產(chǎn)生地平面回流噪聲 PCB信號完整性分析n串音干擾（簡稱為串?dāng)_）串音干擾（簡稱為串?dāng)_）是由同一是由同一PCB板上

9、的兩條信號線板上的兩條信號線與地平面引起的，故也稱為三線系統(tǒng)與地平面引起的，故也稱為三線系統(tǒng)p串音是指出現(xiàn)在跡線之間、導(dǎo)線之間、跡線導(dǎo)線之間、安串音是指出現(xiàn)在跡線之間、導(dǎo)線之間、跡線導(dǎo)線之間、安裝電纜之間、元件之間不期望的電磁場耦合裝電纜之間、元件之間不期望的電磁場耦合p串音由電路網(wǎng)絡(luò)中的電流和電壓引起的，類似于天線耦合串音由電路網(wǎng)絡(luò)中的電流和電壓引起的，類似于天線耦合pPCB板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串音都有影響及線端接方式對串音都有影響測量串音時(shí)使用測量串音時(shí)使用dB為單位為單位victimtalk(dB)

10、source20logVXV 串音22ssZV1sVs1Z1LZ2LZ絕緣介質(zhì)地平面G(0V)SVM1SZsV2SZsgCvgCsvCgZ1LZ2LZG(0V)tt串音包括電容耦串音包括電容耦合和電感耦合合和電感耦合 電磁兼容設(shè)計(jì)的帶寬 n電子電路電磁兼容設(shè)計(jì)中有兩個(gè)問題必須明確電子電路電磁兼容設(shè)計(jì)中有兩個(gè)問題必須明確p用于用于電磁兼容設(shè)計(jì)的帶寬與電子電路的不同電磁兼容設(shè)計(jì)的帶寬與電子電路的不同 p不能用脈沖重復(fù)周期決定的頻帶作為印制電路板的電不能用脈沖重復(fù)周期決定的頻帶作為印制電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)帶寬磁兼容設(shè)計(jì)帶寬n電磁兼容設(shè)計(jì)的頻率范圍電磁兼容設(shè)計(jì)的頻率范圍p除了基本頻率外，再考慮諧波因素

11、，通常取除了基本頻率外，再考慮諧波因素，通常取10倍頻倍頻 脈沖信號的頻譜1/d1/tr 諧波幅度諧波幅度（電壓或電流）（電壓或電流）頻率（對數(shù)）頻率（對數(shù)）-20dB/dec-40dB/decTdtrAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttr f 2 PCB信號完整性分析 PCB的信號完整性的信號完整性(電磁兼容電磁兼容)設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程 1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分

12、層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口的布線7.集成電路的集成電路的EMC抑制抑制印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題 元器件與EMC n邊沿率邊沿率 p選擇數(shù)字元器件時(shí)通常根據(jù)制造商提供的邏輯門的傳輸延時(shí)選擇數(shù)字元器件時(shí)通常根據(jù)制造商提供的邏輯門的傳輸延時(shí)來考慮，而沒有考慮輸入、輸出信號的實(shí)際邊沿率來考慮，而沒有考慮輸入、輸出信號的實(shí)際邊沿率p產(chǎn)生射頻能量的主要因素是邊沿率，不是運(yùn)行頻率產(chǎn)生射頻能量的主要因素是邊沿率，不是運(yùn)行頻率 p對于電磁兼容來說，元器件的邊沿率是首先要考慮的問題，對于電磁兼容來說，元器件的邊沿率是首先要考慮的問題，而時(shí)鐘速度只是其次要考慮的問題而時(shí)鐘速度只是

13、其次要考慮的問題 p元器件的實(shí)際運(yùn)行速度比標(biāo)稱的速度要快元器件的實(shí)際運(yùn)行速度比標(biāo)稱的速度要快l選擇滿足要求的速度較慢的元器件更有利于減小選擇滿足要求的速度較慢的元器件更有利于減小EMI高頻情況下無源元件的模型 n在高頻情況下在高頻情況下分布電感與分布電容分布電感與分布電容：PCB板的引線、過孔、板的引線、過孔、電阻、電容、接插件等電阻、電容、接插件等 p過孔大約引起過孔大約引起0.6pF的電容的電容p集成電路封裝材料引入集成電路封裝材料引入26pF電容電容p線路板上的接插件有線路板上的接插件有520nH的分布電感的分布電感p一個(gè)雙列直插一個(gè)雙列直插24引腳集成電路插座引入引腳集成電路插座引入4

14、18nH分布電感分布電感p分布參數(shù)低頻時(shí)可忽略，對高速系統(tǒng)必須予以特別注意分布參數(shù)低頻時(shí)可忽略，對高速系統(tǒng)必須予以特別注意 無源元無源元件件 低頻下的集低頻下的集中參數(shù)模型中參數(shù)模型 高頻下的集中參數(shù)高頻下的集中參數(shù)模型模型 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 導(dǎo)線導(dǎo)線（PCBPCB的跡線）的跡線） fZ 電阻電阻 fZ 電感電感 fZ 電容電容 fZ 變壓器變壓器 fZ 高頻情況下無源元件的模型 1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口

15、的布線7.集成電路的集成電路的EMC抑制抑制印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題地線和電源線的干擾及抑制 Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驅(qū)動電路被驅(qū)動電路ICCI驅(qū)動驅(qū)動I充電充電I放電IgVg典型的門電路輸出級典型的門電路輸出級( (圖騰柱輸出圖騰柱輸出) ) 輸出為高：輸出為高：Q3導(dǎo)通，導(dǎo)通，Q4截止截止輸出為低：輸出為低：Q3截止，截止，Q4導(dǎo)通導(dǎo)通這兩種狀態(tài)都在電源這兩種狀態(tài)都在電源與地之間形成了高阻與地之間形成了高阻抗，限制電源電流抗，限制電源電流 電源線、地線噪聲電壓波形輸出ICCVCCIgVg地線干擾對電路的影響1324寄生電容地線上的這些干擾不僅會引起電

16、路的誤地線上的這些干擾不僅會引起電路的誤操作，還會造成傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。為了操作，還會造成傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。為了減小這些干擾，應(yīng)盡量減小地線的阻抗減小這些干擾，應(yīng)盡量減小地線的阻抗 線路板走線的電感 L = 0.002S2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII對于數(shù)字電路，地線阻抗決不是地線電阻。對于數(shù)字電路，地線阻抗決不是地線電阻。 例如，寬例如，寬0.5mm的印制線，每英寸電阻為的印制線，每英寸電阻為12m ，電感是，電感是15nH，對于，對于16

17、0MHz的信號，其阻抗為的信號，其阻抗為9.24 ，遠(yuǎn)大于直流電阻。，遠(yuǎn)大于直流電阻。 地線網(wǎng)格每個(gè)芯片的近旁每個(gè)芯片的近旁應(yīng)該有地線，往應(yīng)該有地線，往往每隔往每隔11.5cm布一根地線布一根地線 地線網(wǎng)格抑制地線噪聲電壓地線網(wǎng)格抑制地線噪聲電壓(mV)的效果的效果 電源線噪聲的消除電源線電感電源線電感儲能電容儲能電容這個(gè)環(huán)路盡量這個(gè)環(huán)路盡量小，盡量靠近小，盡量靠近電源和地引腳電源和地引腳邏輯門的輸出狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，電源線上會有電流突變，由于邏輯門的輸出狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，電源線上會有電流突變，由于電源線的電感效應(yīng)，會在電源線上產(chǎn)生噪聲電壓，對其它共用電源線的電感效應(yīng)，會在電源線上產(chǎn)生噪聲電壓，對

18、其它共用電源的電路產(chǎn)生干擾，并且會產(chǎn)生輻射電源的電路產(chǎn)生干擾，并且會產(chǎn)生輻射 增強(qiáng)解耦效果的方法電源電源地地鐵氧體鐵氧體注意鐵氧體安裝的位置注意鐵氧體安裝的位置用鐵氧體增加用鐵氧體增加電源端阻抗電源端阻抗接地線面接地線面細(xì)線細(xì)線粗線粗線用細(xì)線增加電用細(xì)線增加電源端阻抗源端阻抗 增加芯片從電源線吸收能量的難度，就能夠使芯片盡量從增加芯片從電源線吸收能量的難度，就能夠使芯片盡量從儲能電容吸收能量，減少從電源線吸收的能量儲能電容吸收能量，減少從電源線吸收的能量1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的

19、電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口的布線7.集成電路的集成電路的EMC抑制抑制印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題線路板的兩種輻射機(jī)理線路板的兩種輻射機(jī)理差模輻射差模輻射共模輻射共模輻射電流環(huán)電流環(huán)I/O 電纜電纜線路板的電磁輻射及抑制電流環(huán)路產(chǎn)生的輻射近場區(qū)內(nèi)近場區(qū)內(nèi): H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA / (2 D2) V/m ZW = Z0（2 D/ ） AI隨頻率、距離增加而增加隨頻率、距離增加而增加 Z0 f、D測量標(biāo)準(zhǔn)對電場提出要求，多在遠(yuǎn)場區(qū)測量測量標(biāo)準(zhǔn)對電場提出要求，多在遠(yuǎn)場區(qū)測量遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): H

20、 = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 導(dǎo)線的共模輻射近場區(qū)內(nèi)近場區(qū)內(nèi): H = IL/(4 D2) A/m E = Z0IL / (8 2D3) V/m ZW = Z0（ /2 D） I L隨頻率、距離增加而減小隨頻率、距離增加而減小 Z0 F，D測量標(biāo)準(zhǔn)對電場提出要求，多在遠(yuǎn)場區(qū)測量測量標(biāo)準(zhǔn)對電場提出要求，多在遠(yuǎn)場區(qū)測量遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): H = IL/ (2 D) A/m E = Z0 IL/ (2 D) V/m實(shí)際電路的輻射ZGZLVZC = ZG + ZL近場近場：ZC 7.9 Df E = 7.96VA/D3 （

21、V/m） ZC 7.9 Df E = 0.63IAf /D2 （ V/m） H = 7.96IA/D3 （ A/m）環(huán)路面積環(huán)路面積 = AI遠(yuǎn)場遠(yuǎn)場： E = 1.310-8IAf2/D （ V/m）常用的差模輻射預(yù)測公式考慮地面反射時(shí)考慮地面反射時(shí)： E = 2. 6 10-8IAf 2/D （ V/m）測量電場輻射時(shí)都存在地面反射，因此要考慮這個(gè)因素。測量電場輻射時(shí)都存在地面反射，因此要考慮這個(gè)因素。根據(jù)電磁兼容分析中考慮最壞情況的原則，往往將場強(qiáng)乘根據(jù)電磁兼容分析中考慮最壞情況的原則，往往將場強(qiáng)乘以以2 邏輯電路滿足EMI指標(biāo)允許的環(huán)路面積邏輯邏輯 系列系列 上升上升時(shí)間時(shí)間 電流電流

22、 不同時(shí)鐘頻率允許的面積（不同時(shí)鐘頻率允許的面積（cm2 ） 4 10 30 100 MHz 4000B 40 6 1000 400 74HC 6 20 50 45 18 6 74LS 6 50 20 18 7.2 2.4 74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75 0.25 74F 3 80 5.5 2.2 0.75 0.25 74AS 1.4 120 2 0.8 3 0.15 n各環(huán)路中電流的頻率相同時(shí)有疊加關(guān)系：各環(huán)路中電流的頻率相同時(shí)有疊加關(guān)系：N個(gè)環(huán)路輻射，乘以個(gè)環(huán)路輻射，乘以 N n各環(huán)路中電流的頻率不同則沒有疊加的關(guān)系各環(huán)路中電流的頻率不同則沒有疊加的關(guān)系: 分散時(shí)鐘頻率分

23、散時(shí)鐘頻率n在設(shè)計(jì)電路時(shí)，盡量避免使用同一個(gè)時(shí)鐘來獲得不同的同步信號在設(shè)計(jì)電路時(shí)，盡量避免使用同一個(gè)時(shí)鐘來獲得不同的同步信號如何減小差模輻射E = 2. 6 10-8 I A f 2 /D低通濾波器低通濾波器布線布線盡量使用低速芯片盡量使用低速芯片 延長上升時(shí)間延長上升時(shí)間 濾除濾除1/tr頻率以上的頻率頻率以上的頻率 實(shí)際電流不按設(shè)計(jì)路徑流動，而選擇實(shí)際電流不按設(shè)計(jì)路徑流動，而選擇阻抗最小路徑阻抗最小路徑 最重要的一點(diǎn)是知道差模電流的實(shí)際最重要的一點(diǎn)是知道差模電流的實(shí)際路徑，從而確定差模電流的環(huán)路面積路徑，從而確定差模電流的環(huán)路面積如何減小差模輻射如何減小差模輻射如何減小差模輻射PCB板上的

24、環(huán)路面積板上的環(huán)路面積如何減小差模輻射PCB板內(nèi)環(huán)路面積的減縮板內(nèi)環(huán)路面積的減縮如何減小差模輻射單層板在信號線旁邊布一根地線單層板在信號線旁邊布一根地線 雙層板在信號線下方布一根地線雙層板在信號線下方布一根地線 外拖電纜的共模輻射LI2HCPI3I1CPVCM機(jī)箱內(nèi)的所有機(jī)箱內(nèi)的所有信號都會通過信號都會通過電纜輻射！電纜輻射！3/(0.11)/(0.93 10 )37CM DMILIL 共模電流輻射強(qiáng)度比差模輻射高共模電流輻射強(qiáng)度比差模輻射高37dB 外拖電纜的共模輻射n不要試圖通過將電路與大地不要試圖通過將電路與大地“斷開斷開” 來減小共模來減小共模輻射輻射p將電路與大地?cái)嚅_僅能夠在低頻減小

25、共模電流。而將電路與大地?cái)嚅_僅能夠在低頻減小共模電流。而在低頻時(shí)，輻射并不是主要的問題在低頻時(shí)，輻射并不是主要的問題p高頻時(shí)寄生電容形成的通路阻抗很小高頻時(shí)寄生電容形成的通路阻抗很小n實(shí)際電纜上的共模電流不僅由電纜中傳輸?shù)牟钅Ｐ艑?shí)際電纜上的共模電流不僅由電纜中傳輸?shù)牟钅Ｐ盘柈a(chǎn)生，而且還會由機(jī)箱內(nèi)電路產(chǎn)生的差模輻射感號產(chǎn)生，而且還會由機(jī)箱內(nèi)電路產(chǎn)生的差模輻射感應(yīng)到電纜上形成應(yīng)到電纜上形成 兩端設(shè)備都接地的情況LCPICMRWRWL ZCM = RW + j L+RL+1/ j C按照環(huán)路的阻抗、近場、遠(yuǎn)場條件等可以計(jì)算共模環(huán)路輻射按照環(huán)路的阻抗、近場、遠(yuǎn)場條件等可以計(jì)算共模環(huán)路輻射 懸浮電纜IC

26、M近場區(qū)內(nèi)近場區(qū)內(nèi): E = 1430 IL/(f D3) V/m遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi): E = 0.63 ILf /D V/m考慮地面反射考慮地面反射： E = 1.26 ILf /D V/m電纜長度：電纜長度：L連接小的、沒有接地連接小的、沒有接地的器件或設(shè)備的器件或設(shè)備( (如傳感如傳感器、鍵盤等器、鍵盤等) ) 怎樣減小共模輻射 E = 1.26 I L f / D 共模濾波共模濾波共模扼流圈共模扼流圈減小共模電壓減小共模電壓使用盡量使用盡量短的電纜短的電纜共模濾波共模濾波電纜屏蔽電纜屏蔽1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及

27、抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口的布線7.集成電路的集成電路的EMC抑制抑制印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題 PCB的分區(qū)的分區(qū) 結(jié)構(gòu)邏輯分區(qū)結(jié)構(gòu)邏輯分區(qū) 物理分區(qū)物理分區(qū) 電氣分區(qū)電氣分區(qū)PCB的分區(qū)設(shè)計(jì)的分區(qū)設(shè)計(jì) PCB的分區(qū)設(shè)計(jì)的分區(qū)設(shè)計(jì) 將將PCB分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分。分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分。AD轉(zhuǎn)換器要跨分區(qū)放置。轉(zhuǎn)換器要跨分區(qū)放置。不要對地進(jìn)行分割。不要對地進(jìn)行分割。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。在電路板的所有

28、層中，數(shù)字信號只能在電路板的數(shù)字部在電路板的所有層中，數(shù)字信號只能在電路板的數(shù)字部分布線，模擬信號只能在分布線，模擬信號只能在PCB的模擬部分布線。的模擬部分布線。實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割。實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割。布線不能跨越分割電源面之間的間隙，必須跨越分割電布線不能跨越分割電源面之間的間隙，必須跨越分割電源之間間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上。源之間間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上。認(rèn)真分析回流路徑和回流方式。認(rèn)真分析回流路徑和回流方式。PCB的分區(qū)設(shè)計(jì)的分區(qū)設(shè)計(jì) 在進(jìn)行在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，對電磁兼容有兩個(gè)基本要求：設(shè)計(jì)時(shí)，對電磁兼容有兩個(gè)基本要求： (1) 可能減小電流環(huán)路

29、的面積?？赡軠p小電流環(huán)路的面積。 (2) 系統(tǒng)只采用一個(gè)參考地。系統(tǒng)只采用一個(gè)參考地。PCB的分區(qū)設(shè)計(jì)的分區(qū)設(shè)計(jì) 印制電路板基本布線印制電路板基本布線PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 信號層，特別是高速信號層最好是緊貼地平面層。信號層，特別是高速信號層最好是緊貼地平面層。阻抗要求不嚴(yán)格的信號線可走微帶線，重要信號線要走帶狀線。阻抗要求不嚴(yán)格的信號線可走微帶線，重要信號線要走帶狀線。對于時(shí)鐘、復(fù)位、敏感信號線，最好用兩個(gè)地平面包圍起來。對于時(shí)鐘、復(fù)位、敏感信號線，最好用兩個(gè)地平面包圍起來。主電源平面主電源平面(PCB上功率最大的那個(gè)電源上功率最大的那個(gè)電源)地平面地平面之下

30、。之下。關(guān)鍵信號層要有地平面相鄰。關(guān)鍵信號層要有地平面相鄰。關(guān)鍵的主電源有一對應(yīng)地平面相鄰回流。關(guān)鍵的主電源有一對應(yīng)地平面相鄰回流。次要的布線層需要有地或電源層作回流。次要的布線層需要有地或電源層作回流。對于多層板，關(guān)鍵布線層應(yīng)與完整地平面相鄰。對于多層板，關(guān)鍵布線層應(yīng)與完整地平面相鄰。多電源情況下，要盡可能減少不同電壓電源層的相互覆蓋。多電源情況下，要盡可能減少不同電壓電源層的相互覆蓋。PCB分層設(shè)計(jì)的一般原則分層設(shè)計(jì)的一般原則：PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 雙層板雙層板PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 四層板四層板 (1) 第一層第一層(元件面元件面)：信號和時(shí)鐘層；：信號和時(shí)鐘層；(2) 第二層

31、：地線層；第二層：地線層；(3) 第三層：電源板；第三層：電源板；(4) 第四層第四層(焊錫面焊錫面)信號和時(shí)鐘層。信號和時(shí)鐘層。PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 第一層：第一層：( (元件面元件面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )第二層：接地層第二層：接地層第三層：信號布線層第三層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )第四層：信號布線層第四層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )第五層：電源層；第五層：電源層；第六層：第六層：( (焊錫面焊錫面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )六層板六層板（布局（布局1）常用于時(shí)鐘信號，高頻器件常用于時(shí)鐘信號，高頻器件P

32、CB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 六層板六層板( (布局布局2 ) )第一層：第一層：(元件面元件面)信號布線層信號布線層(微帶傳輸線微帶傳輸線)第二層：內(nèi)嵌式信號布線層第二層：內(nèi)嵌式信號布線層(帶狀線帶狀線) 第三層：地線層第三層：地線層第四層：電源層第四層：電源層第五層：內(nèi)嵌式信號布線層第五層：內(nèi)嵌式信號布線層(帶狀線帶狀線) 第六層：第六層：(焊錫面焊錫面)信號布線層信號布線層(微帶傳輸線微帶傳輸線)PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 第一層：第一層：(元件面元件面)信號布線層信號布線層(微帶傳輸線微帶傳輸線)；第二層：地線層第二層：地線層第三層：信號布線層第三層：信號布線層(帶狀線帶狀線)：第四層：電

33、源層；第四層：電源層；第五層：地線層：第五層：地線層：第六層：第六層：(焊錫面焊錫面)信號布線層信號布線層(微帶傳輸線微帶傳輸線)。 六層板六層板( (布局布局3 ) )PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 八層板八層板( (布局布局1 ) )第一層：第一層：( (元件面元件面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )； 第二層：內(nèi)嵌式信號布線層第二層：內(nèi)嵌式信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )； 第三層：地線層：第三層：地線層： 第四層：信號布線層第四層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )： 第五層：信號布線層第五層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )； 第六層：電源板；第六層：

34、電源板； 第七層：內(nèi)嵌式信號布線層第七層：內(nèi)嵌式信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )； 第八層：第八層：( (焊錫面焊錫面) )微帶線信號傳輸層。微帶線信號傳輸層。PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 第一層：第一層：( (元件面元件面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )；第二層：地線層；第二層：地線層；第三層：信號布線層第三層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第四層：地線層；第四層：地線層；第五層：電源板；第五層：電源板；第六層：信號布線層第六層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第七層：地線層；第七層：地線層；第八層：第八層：( (焊錫面焊錫面) )信號布線層信號布

35、線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )。 八層板八層板( (布局布局2 ) )PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 第一層：第一層：( (元件面元件面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )第二層：地線層第二層：地線層第三層：信號布線層第三層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )：第四層：信號布線層第四層：信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )；第五層：地線層；第五層：地線層；第六層：電源層；第六層：電源層；第七層：信號布線層第七層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第八層：信號布線層第八層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第九層：地線層；第九層：地線層；第十層：信號布線層第十層

36、：信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )。十層板十層板( (布局布局1 ) )PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 第一層：第一層：( (元件面元件面) )信號布線層信號布線層( (微帶傳輸線微帶傳輸線) )第二層：地線層第二層：地線層第三層：信號布線層第三層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )：第四層：電源層；第四層：電源層；第五層：信號布線層第五層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第六層：地線層；第六層：地線層；第七層：電源層；第七層：電源層；第八層：信號布線層第八層：信號布線層( (帶狀線帶狀線) )；第九層：地線層；第九層：地線層；第十層：信號布線層第十層：信號布線層( (微帶傳輸線微帶

37、傳輸線) )。十層板十層板( (布局布局2 ) )PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 好好PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 20 H 原則原則20H值一般為值一般為3mm 電源平面相對于其回流地平面內(nèi)縮后可以有效電源平面相對于其回流地平面內(nèi)縮后可以有效抑制抑制“邊緣輻射邊緣輻射”問題問題電源層電源層電源層電源層PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 20H 原則的應(yīng)用原則的應(yīng)用PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 對于板級工作頻率不小于對于板級工作頻率不小于50MHz的單板，若第的單板，若第2層與倒數(shù)層與倒數(shù) 第第2層為布線層，則層為布線層，則TOP、BOTTON層應(yīng)鋪接地銅箔層應(yīng)鋪接地銅箔 關(guān)鍵信號線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的

38、信號線，靠近地關(guān)鍵信號線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號線，靠近地 平面布線能夠使其信號回路面積最小平面布線能夠使其信號回路面積最小 PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 電源平面與地平面相鄰，可以有效地減小電源電流的回路面電源平面與地平面相鄰，可以有效地減小電源電流的回路面 (a)(a)好的回流；好的回流； (b)(b)差的回流差的回流 PCB的分層設(shè)計(jì)的分層設(shè)計(jì) 1.信號的完整性信號的完整性2.元器件與元器件與EMC3.地線和電源線的干擾及抑制地線和電源線的干擾及抑制 4.線路板的電磁輻射及抑制線路板的電磁輻射及抑制 5.PCB的分區(qū)與分層的分區(qū)與分層6.I/O接口的布線接口的布線7.集成電路的集成電

39、路的EMC抑制抑制印刷電路板的電磁兼容問題印刷電路板的電磁兼容問題 I/O接口及連接器設(shè)計(jì)n連接器產(chǎn)生的干擾連接器產(chǎn)生的干擾p電纜上產(chǎn)生共模電壓的一個(gè)主要原因就是電路板上電纜上產(chǎn)生共模電壓的一個(gè)主要原因就是電路板上其它電路其它電路與與I/O接口電路部分的耦合，既有空間耦合，接口電路部分的耦合，既有空間耦合，也有通過地線、電源線等傳導(dǎo)耦合也有通過地線、電源線等傳導(dǎo)耦合I/O接口及連接器設(shè)計(jì)n分隔和分區(qū)分隔和分區(qū) p物理上將元件、電源、功能器件、功能區(qū)和子區(qū)分隔物理上將元件、電源、功能器件、功能區(qū)和子區(qū)分隔p去掉印制電路板平面上的部分銅片，稱之為去掉印制電路板平面上的部分銅片，稱之為“護(hù)溝護(hù)溝”

40、n隔離區(qū)之間的連接隔離區(qū)之間的連接p用隔離變壓器、光電隔離器、共模數(shù)據(jù)線濾波器跨越用隔離變壓器、光電隔離器、共模數(shù)據(jù)線濾波器跨越 p單點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)分隔區(qū)間的連接，單點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)分隔區(qū)間的連接，I/O區(qū)域的地與電路地之間區(qū)域的地與電路地之間通過通過“橋橋”連接連接 n連接器的接地連接器的接地p在連接器的數(shù)據(jù)線與地之間增加濾波電容或旁路電容在連接器的數(shù)據(jù)線與地之間增加濾波電容或旁路電容p旁路電容置于旁路電容置于I/O連接器側(cè)：濾除外來輻射電磁波連接器側(cè)：濾除外來輻射電磁波p置于數(shù)據(jù)線濾波器輸入側(cè)：濾除向外輻射電磁噪聲置于數(shù)據(jù)線濾波器輸入側(cè)：濾除向外輻射電磁噪聲I/O接口布線的一些要點(diǎn)I/O接口布線的一些要點(diǎn)干凈區(qū)域干凈區(qū)域?yàn)V波電容