PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范

1、PCB的電磁兼容設(shè)計(jì) 楊繼深 2002年4月脈沖信號(hào)的頻譜T1/d1/trdtr 諧波幅度（電壓或電流）頻率（對(duì)數(shù)）-20dB/dec-40dB/decAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttrf2楊繼深 2002年4月上升沿越陡高頻越豐富楊繼深 2002年4月地線和電源線上的噪聲Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驅(qū)動(dòng)電路被驅(qū)動(dòng)電路ICCI驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)I充電充電I放電放電IgVg楊繼深 2002年4月電源線、地線噪聲電壓波形輸出ICCVCCIgVg楊繼深 2002年4月地線干擾對(duì)電路的影響1324寄生電容楊繼深 2

2、002年4月線路板走線的電感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII楊繼深 2002年4月地線網(wǎng)格楊繼深 2002年4月電源線噪聲的消除電源線電感電源線電感儲(chǔ)能電容儲(chǔ)能電容這個(gè)環(huán)路盡量小這個(gè)環(huán)路盡量小楊繼深 2002年4月電源解耦電容的正確布置盡量使電源線與地線靠近盡量使電源線與地線靠近楊繼深 2002年4月 解耦電容的選擇C = dI dt dVZf1/2 LC各參數(shù)含義：各參數(shù)含義：在時(shí)間在時(shí)間dt內(nèi)，電源線上出內(nèi)，電源

3、線上出現(xiàn)了瞬間電流現(xiàn)了瞬間電流dI，dI導(dǎo)致導(dǎo)致了電源線上出現(xiàn)電壓跌落了電源線上出現(xiàn)電壓跌落dV。 楊繼深 2002年4月增強(qiáng)解耦效果的方法增強(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接地線面接地線面細(xì)線細(xì)線粗線粗線用鐵氧體增加用鐵氧體增加電源端阻抗電源端阻抗用細(xì)線增加電用細(xì)線增加電源端阻抗源端阻抗楊繼深 2002年4月多個(gè)電容并聯(lián)加強(qiáng)解耦效果楊繼深 2002年4月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)桿天線桿天線楊繼深 2002年4月電流環(huán)路產(chǎn)生的輻射近場(chǎng)區(qū)內(nèi)近場(chǎng)區(qū)內(nèi): H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA

4、/ (2 D2) V/m ZW = Z0（2 D/ ） 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi): H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 AI隨頻率、距離增加而增加 Z0 f、D楊繼深 2002年4月導(dǎo)線的輻射近場(chǎng)區(qū)內(nèi)近場(chǎng)區(qū)內(nèi): H = I L / (4 D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW = Z0（ /2 D） 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi): H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI L隨頻率、距離增加而減小 Z0 f、D楊繼深 2002年4月實(shí)際電路的輻射ZGZLVZC =

5、 ZG + ZL近場(chǎng)：近場(chǎng)：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）遠(yuǎn)場(chǎng)：遠(yuǎn)場(chǎng)： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）環(huán)路面積環(huán)路面積 = AI楊繼深 2002年4月常用的差模輻射預(yù)測(cè)公式考慮地面反射時(shí)：考慮地面反射時(shí)： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）楊繼深 2002年4月脈沖信號(hào)差模輻射的頻譜頻譜包絡(luò)線頻譜包絡(luò)線差模輻射頻率特性線差模輻射頻率特性線脈沖的差模輻射包絡(luò)線脈沖的差模輻射包絡(luò)線 1/ d 1/ tr40

6、dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec楊繼深 2002年4月不同邏輯電路為了滿足EMI指標(biāo)要求所允許的環(huán)路面積邏輯 系列 上升時(shí)間 電流 不同時(shí)鐘頻率允許的面積（cm2 ） 4MHz 10 30 100 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

7、 74AS 1.4 120 2 0.8 3 0.15 僅代表了一個(gè)環(huán)路的輻射情況，若有N個(gè)環(huán)路輻射，乘以 N 。因此，可能時(shí)，分散時(shí)鐘頻率。楊繼深 2002年4月如何減小差模輻射？E = 2.6 I A f 2 / D低通濾波器低通濾波器布線楊繼深 2002年4月電路中的強(qiáng)輻射信號(hào) 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m所有電路加電工作所有電路加電工作只有時(shí)鐘電路加電工作只有時(shí)鐘電路加電工作楊繼深 2002年4月電流回路的阻抗LRIZ = R + j LL = / I A楊繼深 2002年4月單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積楊繼深 2002年4月不良布線舉

8、例68HC1174HC00AB連接連接A、BE時(shí)鐘楊繼深 2002年4月隨便設(shè)置的地線沒有用楊繼深 2002年4月多層板能減小輻射信號(hào)信號(hào)1電源層電源層地線層地線層信號(hào)信號(hào)2低頻高頻DC0.5 1 10 100 1G110地線面的阻抗，地線面的阻抗，m / 平方平方地線面具有很小的地線阻抗地線面具有很小的地線阻抗楊繼深 2002年4月地線面上的縫隙的影響模擬地模擬地?cái)?shù)字地?cái)?shù)字地A/D變換器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB楊繼深 2002年4月過(guò)孔的阻抗1.5mm PGA128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100與過(guò)孔

9、之間的距離與過(guò)孔之間的距離 mm楊繼深 2002年4月線路板邊緣的一些問(wèn)題關(guān)鍵線（時(shí)鐘、射頻等）產(chǎn)生較強(qiáng)輻射無(wú)地線電源層地線層20H楊繼深 2002年4月扁平電纜的使用地線一部分信號(hào)回流經(jīng)過(guò)一部分信號(hào)回流經(jīng)過(guò)ABCDABCD最好最好較好較好差差較好，但端接困難較好，但端接困難扁平電纜這兩處都有地線這兩處都有地線楊繼深 2002年4月注意隱蔽的輻射環(huán)路電源/地線信號(hào)線電源/地線信號(hào)線電源電源信號(hào)線+電源+地線電源/地線電源電源楊繼深 2002年4月環(huán)路對(duì)消概念減小輻射楊繼深 2002年4月時(shí)鐘線避免換層？楊繼深 2002年4月外拖電纜的共模輻射LI2HCPI3I1CPVCM機(jī)箱內(nèi)的機(jī)箱內(nèi)的所有信

10、號(hào)所有信號(hào)都會(huì)通過(guò)都會(huì)通過(guò)電纜輻射！電纜輻射！楊繼深 2002年4月兩端設(shè)備都接地的情況LCPICMRWRWL ZCM = RW + j L+RL+1/ j C楊繼深 2002年4月懸浮電纜ICM近場(chǎng)區(qū)內(nèi)近場(chǎng)區(qū)內(nèi): E = 1430I L / (f D3) V/m遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi): E = 0.63 I L f / D V/m考慮地面反射：考慮地面反射： E = 1.26 I L f / D V/mL /2或或 /4時(shí)：時(shí)： E = 120I / D V/m電纜長(zhǎng)度：電纜長(zhǎng)度：L楊繼深 2002年4月共模電流的測(cè)量共模電流的測(cè)量電流卡鉗電流卡鉗頻譜分析儀頻譜分析儀VdB VICM被測(cè)電流被測(cè)電

11、流 IV傳輸阻抗：傳輸阻抗：ZT = V / I 楊繼深 2002年4月怎樣減小共模輻射 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楊繼深 2002年4月平衡接口電路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2楊繼深 2002年4月增加共?；芈返淖杩筆CBPCB共模回路共?；芈犯纳屏扛纳屏?= 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =

12、20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB楊繼深 2002年4月鐵氧體磁環(huán)使用方面的一些問(wèn)題1 10 100 100012545001250600300個(gè)30個(gè)0.1 1 10 100 1000匝1匝無(wú)偏置有偏置楊繼深 2002年4月I/O接口布線的一些要點(diǎn)干凈區(qū)域?yàn)V波電容電源線連接地線連接信號(hào)濾波器信號(hào)濾波器隔離變壓器/光耦隔離器橋壕溝壕溝時(shí)鐘電路、高速電路楊繼深 2002年4月濾波器電容量的選擇R負(fù)載R源電容合適電容過(guò)大 低速接口10 100kB/s 高速接口 2MB/s低速CMOS TTL上升時(shí)間 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns帶寬 BW 320kHz 6MHz

13、 3.2MHz 32MHz總阻抗 R 120 100 300 100150最大電容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF楊繼深 2002年4月用屏蔽電纜抑制共模輻射CMCMDMCMCM楊繼深 2002年4月屏蔽電纜的評(píng)估CMCMDMV輻射環(huán)路輻射環(huán)路VIZT = V / I楊繼深 2002年4月不同屏蔽層的傳輸阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000傳輸阻抗（傳輸阻抗（m /m）Hz鋁箔鋁箔單層編織單層編織最佳單層編織最佳單層編織雙層編織雙層編織雙層編織雙層編織 + 一層一層 金屬金屬雙層編織 + 雙層金屬實(shí)心銅實(shí)心銅楊繼深 2002年4月屏蔽層的錯(cuò)誤接法CM楊繼深 2002年4月電纜屏蔽層的正確端接利用機(jī)械力