1、杨继深 2002年4月,PCB的电磁兼容设计,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,上升沿越陡高频越丰富,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,电源线、地线噪声电压波形,输出,ICC,VCC,
2、Ig,Vg,杨继深 2002年4月,地线干扰对电路的影响,1,3,2,4,寄生电容,杨继深 2002年4月,线路板走线的电感,L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H,W,S,L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2,M,I,I,杨继深 2002年4月,地线网格,杨继深 2002年4月,电源线噪声的消除,电源线电感,储能电容,这个环路尽量小,杨继深 2002年4月,电源解耦电容的正确布置,尽量使电源线与地线靠近,杨继深 2002年4月,解耦电容的选择,C =,dI dt,dV,Z
3、,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。,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,多个电容并联加强解耦效果,杨继深 2002年4月,线路板的两种辐射机理,差模辐射,共模辐射,电流环,杆天线,杨继深 2002年4月,电流环路产生的辐射,近场区内: H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m ZW = Z0（2D/） 远场区内: H = IA / ( 2D)
4、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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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.
5、9 D f ， E = 63 I A f / D2 （ V/m） H = 7.96IA / D3 （ A/m）远场： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）,环路面积 = A,I,杨继深 2002年4月,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）,杨继深 2002年4月,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
6、f,40dB/dec,20dB/dec,杨继深 2002年4月,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。,杨继深 2002年4月,如何减小差模辐射？,E = 2.6 I A f 2 / D,低通滤波器,布线,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,电流回路的阻抗,L,R,I,Z = R + jLL = / I A,杨继深 2002年4月,单层或双层板如
7、何减小环路的面积,杨继深 2002年4月,不良布线举例,68HC11,74HC00,A,B,连接A、B,E时钟,杨继深 2002年4月,随便设置的地线没有用,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,地线面上的缝隙的影响,模拟地,数字地,A/D变换器,L,75mm,25mm,L : 0 10cm VAB : 15 75mV,A,B,杨继深 2002年4月,过孔的阻抗,1.5mm,PGA128-pin,C/4,PGA,10,100,
8、1,0.1,nH/cm,25 50 75 100,与过孔之间的距离 mm,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,注意隐蔽的辐射环路,电源/地线,信号线,电源/地线,信号线,电源,信号线+电源+地线,电源/地线,电源,杨继深 2002年4月,环路对消概念减小辐射,杨继深 2002年4月,时钟线避免换层,？,杨继深 2002年4月,外拖电缆的共模辐射
9、,L,I2,H,CP,I3,I1,CP,VCM,机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！,杨继深 2002年4月,两端设备都接地的情况,L,CP,ICM,RW,RW,L,ZCM = RW + jL+RL+1/ jC,杨继深 2002年4月,悬浮电缆,ICM,近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m远场区内: E = 0.63 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,杨继深 2002年4月,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
10、抗：ZT = V / I,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,平衡接口电路,+Vcc,-Vcc,+V,-V,Z0/2,Z0/2,杨继深 2002年4月,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 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB,杨继深 20
11、02年4月,铁氧体磁环使用方面的一些问题,1 10 100 1000,125,4500,1250,600,300个,30个,0.1 1 10 100 1000,匝,1匝,无偏置,有偏置,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,滤波器电容量的选择,R负载,R源,电容合适,电容过大,杨继深 2002年4月,用屏蔽电缆抑制共模辐射,CM,CM,DM,CM,CM,杨继深 2002年4月,屏蔽电缆的评估,CM,CM,DM,V,辐射环路,V,I,ZT = V / I
12、,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,屏蔽层的错误接法,CM,杨继深 2002年4月,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,杨继深 2002年4月,D型连接器的屏蔽层搭接,杨继深 2002年4月,圆形连接器屏蔽层搭接,杨继深 2002年4月,接线端子上的屏蔽电缆,杨继深 2002年4月,尽量减小小辨接法的危害,杨继深 2002年4月,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,
