改良電磁兼容性的PCB設(shè)計(jì)

1、1 / 9改良電磁兼容性的設(shè)計(jì)內(nèi)容 :目錄1.摘要2.導(dǎo)言3.數(shù)字電路的特點(diǎn)4.電源線沖突的抑制5.信號線沖突的抑制6.振蕩器7.概要插圖目錄 電子系統(tǒng)的電流通路 反相電路 電路的供給電流及輸入電壓的作用 有寄生電容的電路 供應(yīng)線中的電流 在使用電感的電源線中的電流 ， 和的安排 信號線和它的回路的安排 信號和電源線中的電流信號線和地線的設(shè)計(jì). 晶振器電路. 振蕩器敷銅布局的建議摘要:電子電路和系統(tǒng)的電磁兼容問題的重要性日益顯著。 這就對設(shè)備的電磁適應(yīng)性提出了更 嚴(yán)格的要求。 大家感興趣的兩個方面是這個電路本身產(chǎn)生最小干擾的能力和對作用于它的電 磁能量的免疫能力。 電子電路和系統(tǒng)的功能有很好的

2、文檔， 但對它們的電路特性和它產(chǎn)生沖 突很少注意。 這個應(yīng)用報(bào)告介紹決定電子電路電磁兼容性的重要標(biāo)準(zhǔn)， 以及向開發(fā)工程師提 供設(shè)計(jì)電路板的資料。導(dǎo)言電子電路的電磁兼容性主要由電子元器件之間的排列狀況和電子器件之間的電氣連接狀 況決定。每一路電流都會在它對應(yīng)的回路中產(chǎn)生同樣大小的電流。這個回路會產(chǎn)生一個輻射 電磁能量的線圈，能量的大小由電流的振幅，信號的頻率和線圈的幾何尺寸決定。2 / 9在不同程度下，造成不必要的電磁輻射的線路：1.圖中由和構(gòu)成的電源線。系統(tǒng)運(yùn)行所需要的能量是由這些線傳輸?shù)?。電路的能量消耗不是恒定不變，而是取決于電路的瞬時(shí)狀態(tài)，因此所有頻率元件在局部產(chǎn)生的影響都在電源線中重現(xiàn)。

3、由于電源線所具有的高阻抗（），在線路中電流的高速變化不能被抑制，所以需要電容來完成這個任務(wù)。2 .通常環(huán)路是由信號和控制線形成的（和）。這些線通常集中在很小的區(qū)域里，不考慮這些線是否排列在系統(tǒng)之外。這些線一般傳輸高頻信號，所以信號和控制線必須考慮。3.振蕩電路和它的外部時(shí)鐘頻率器件形成了回路。最高頻一般出現(xiàn)在這個地方，為此必須注意電路的設(shè)計(jì)以防止不必要的沖突電壓，注意電路連接的走線以減小線圈作用的范圍。數(shù)字電路的特征了解邏輯電路幾個重要特性之間的關(guān)系是專業(yè)有效地改進(jìn)電磁兼容性的先決條件。這些特性在中得到了體現(xiàn)。舉例說明由于新的器件技術(shù)以同樣的方式使出多項(xiàng)特性得到了改進(jìn)。圖是一個簡單的由型和型晶

4、體管構(gòu)成的反向器。假如一個小于型晶體管門坎電壓（）于輸入端，型晶體管截止，然而型晶體管導(dǎo)通。反之一個電壓 -作用于輸入端，型晶體管會導(dǎo)通，型晶體管截止。在兩種情況下，除了可以忽略的漏電流通過外，幾乎沒有電流通過電路。這也是在靜態(tài)下功耗極低的原因。RLFigure 1. Current Paths in an Electronic System3 / 9Figure 2. CMOS Inverter Circuit4 / 9但是，如果輸入這個反向器的電壓在這兩個限制電壓（和 -）之間，兩個晶體管會出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通或者同時(shí)截止的情況。這種結(jié)構(gòu)就導(dǎo)致了耗電量的增加（見圖）。這種情況下，電路電流增加到大約

5、，增強(qiáng)型電路的供給電流增加到超過。Figure 3一Supply Current of CMOS Circuits as a Function of the Input Voltage由于這樣的電路的輸入電壓不能在低電平切換到高電平時(shí)以極短的時(shí)間內(nèi)穿越臨界電 壓區(qū)域，就在電流脈沖峰值形成期間產(chǎn)生了電流，這個電流不能被忽略。在輸入極，電流振幅是到。相當(dāng)多的電路在輸出極存在這種現(xiàn)象。因?yàn)檩敵鰳O要驅(qū)動連接到輸出端的負(fù)載，這些晶體管必須相當(dāng)大。因此在到脈沖作用下，電流峰值的振幅也相應(yīng)的增長，器件增長到， 模擬器件增長到。電源線沖突的抑制上文提及的電流尖峰是造成電磁沖突的一個顯著原因。每次輸出電平的轉(zhuǎn)換

6、都會引起電 源線的一次電流脈沖。 其他連接都直接或者間接的從所在模塊連接到總電源。當(dāng)一個的輸出以很高的循環(huán)頻率切換時(shí)，這個問題會更加嚴(yán)重，比如處理器和它相應(yīng)的存儲器的連接。在實(shí)踐中，須要采用一個電容（）在接近的位置對供給電源進(jìn)行退耦。這項(xiàng)技術(shù)可以保證在數(shù)字電路中， 當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)預(yù)料中的變化時(shí)，不會出現(xiàn)禁止的攻擊電壓變化。但是，這只能減小很少一部分電磁沖突。為了得到明顯的改進(jìn)， 首先需要分析整個電路和電路中的元器件。圖是需要檢驗(yàn)的電路。電氣特性需要分析的的輸出極是兩個晶體管（和）。周圍電路的連接由網(wǎng)絡(luò)組成，代表了模塊中的元器件。以下值為假設(shè)：單位長度電感：單位長度電容： 單位長度電阻：然后電源線到

7、達(dá)第一個模塊電容（），它的參數(shù)如下：電容=（典型值）導(dǎo)線電感=（封裝） 阻抗損耗=從這里開始，一根長導(dǎo)線（）連接到下一個模塊電容（）；這個電容和導(dǎo)線也可以上 文提到過的等價(jià)電路的方式表示。簡單的講，假設(shè)用經(jīng)典的等價(jià)電流供電器件替代后面的電路。電感= 電容=5 / 9電阻用軟件來仿真這個電路的特性，假設(shè)的輸出端沒有帶負(fù)載，電路被打開。圖顯示計(jì)算出的電流波形。用到了以下定義：:流過到連接的電流:流過第一個模塊電容的電流:流過第二個模塊電容的電流電流的波形證明了先前提到的電流尖峰有超過的振幅。從前面的討論中我們可以確定： 這個模塊電容并不能使這個電流脈沖變得平滑。事實(shí)上，將存在一個由線電感和形成的震

8、蕩電路，并且產(chǎn)生一個更大的電流（）。電流的主要部分是轉(zhuǎn)而流經(jīng)電源線，這部分電流振幅 毫無衰減地進(jìn)入到下一個。從電路的電磁兼容性的角度看來， 再這樣的方式下，不可能顯著的減少電磁輻射的沖突。 在實(shí)際中，長的電源線以及和它相關(guān)區(qū)域里圍繞的其他線形成一個有效的天線。在多種頻率下，輻射出不可接受的沖突。為了提高電路的性能， 必須確定在圖中的電流在系統(tǒng)中的傳播是有限的。改進(jìn)電路特性是和這里的逐一的要求有關(guān)，不能僅僅通過實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵斐蓻_突的電磁感應(yīng)已經(jīng)形成，通過的封裝和到電容的連接擴(kuò)散到更大的范圍，僅僅并聯(lián)幾個不同容量的電容不能帶來顯著的改善。更值得關(guān)注的是阻止造成干擾的電流到達(dá)電路的其他部分。這可以通過在第一個后面連入一個電感線圈來實(shí)現(xiàn)，電感線圈在高頻下表現(xiàn)出很高的阻抗。在仿真電路中，假設(shè)=,通過并聯(lián)一個的電阻可以限制它在高