PCB的EMC設(shè)計(jì)課件分享

1、PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中科信軟培訓(xùn)中心中科信軟培訓(xùn)中心中科信軟簡(jiǎn)介中科信軟簡(jiǎn)介v 中科信軟依托中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)大技術(shù)人才優(yōu)勢(shì)，根據(jù)企事業(yè)單位實(shí)際需求,通過定制培訓(xùn)，提供各種最新，最實(shí)用的技術(shù)及管理培訓(xùn)。v 近十年來，中心的企業(yè)培訓(xùn)遍及大江南北，客戶包括國(guó)家部委、高校、科研院所、世界跨國(guó)公司，大型國(guó)企，知名IT公司等眾多國(guó)內(nèi)外企事業(yè)單位，迄今已培養(yǎng)了數(shù)萬名高級(jí)管理及技術(shù)人才，深得用戶信賴與好評(píng)。培訓(xùn)類別培訓(xùn)類別中心培訓(xùn)技術(shù)種類齊全，可以為客戶提供一站式各類高級(jí)技術(shù)培訓(xùn)數(shù)據(jù)庫類 商業(yè)智能（BI） 應(yīng)用服務(wù)器 存儲(chǔ)備份 網(wǎng)絡(luò)&操作系統(tǒng) 軟件開發(fā) 移動(dòng)開發(fā)技術(shù) 大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 虛擬化軟件架構(gòu) 軟件工程

2、項(xiàng)目管理 信息管理， IT規(guī)劃 ERPEDA電子電路 PCB 電磁兼容 可靠性有限元技術(shù)CFD，CAD，CAM，CAE，通信技術(shù) ， arcgis空間技術(shù)數(shù)據(jù)分析及其軟件sas ,spss, matlab嵌入式技術(shù)等v 其它末列技術(shù)等可以訂制培訓(xùn)培訓(xùn)形式培訓(xùn)形式公開課公開課上門內(nèi)訓(xùn)上門內(nèi)訓(xùn)特殊技術(shù)特殊技術(shù)訂制訂制培訓(xùn)培訓(xùn)相關(guān)技術(shù)支持相關(guān)技術(shù)支持PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)培訓(xùn)內(nèi)容 第1章 電磁兼容原理 1 emc的定義 2 EMC研究的目的以及意義 3 EMC三要素及策略 第2章PCB的EMC設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位 1PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義 2PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀地位 3板級(jí)E

3、MC的成因培訓(xùn)內(nèi)容 第3章PCB的EMC設(shè)計(jì) 1旁路退耦 2布線 3靜電放電的防護(hù) 4層疊設(shè)計(jì) 5地和電源 6模塊劃分 7綜合布局 8濾波培訓(xùn)內(nèi)容 第4章PCB設(shè)計(jì)中的EMC要求 1基本要點(diǎn) 2案例分析電磁兼容原理電磁兼容原理 emc的定義電磁兼容（ElectromagneticCompatibility,簡(jiǎn)稱EMC）,電子和電氣系統(tǒng)、設(shè)備和裝置在預(yù)定的電磁環(huán)境和設(shè)定的安全界限內(nèi)在設(shè)計(jì)的性能水平工作時(shí)不會(huì)因?yàn)殡姶鸥蓴_而不引起不可接受的功能降級(jí)。以下是電磁兼容有關(guān)的常見術(shù)語：EMC：（Electromagneticcompatibility）電磁兼容性EMI：（Electromagneticin

4、terference）電磁干擾EMS：（Electromagneticsusceptibility）電磁敏感度電磁兼容原理電磁兼容原理RF：（RadioFrequency）電磁頻率RE：（Radiatedemission）輻射騷擾CE：（Conductedemission）傳導(dǎo)騷擾CS：（Conductedsusceptibility）傳導(dǎo)騷擾抗擾度RS：（Radiatedsusceptibility）射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度ESD：（Electrostaticdischarge）靜電放電EFT/B：（Electricalfasttransientburst）電快速瞬變脈沖群Surge：浪涌電磁兼

5、容原理電磁兼容原理 EMC研究的目的以及意義一個(gè)系統(tǒng)如果滿足以下三個(gè)準(zhǔn)則，就認(rèn)為具有電磁兼容性：1、不對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；2、對(duì)其他系統(tǒng)的輻射不敏感；3、不對(duì)自身產(chǎn)生干擾。這就是我們研究引申EMC的目的所在。電磁兼容原理電磁兼容原理總體來講，EMC分為EMI、EMS兩部分：EMI：電磁干擾，從本質(zhì)上講，干擾就是缺少相容性，那么電磁干擾就是缺少電磁兼容性。EMI是有害電磁能量由一個(gè)電子設(shè)備經(jīng)輻射或傳導(dǎo)（或兩個(gè)設(shè)備）傳送到一個(gè)電子設(shè)備的過程。在通常的應(yīng)用中，這個(gè)名詞指的是射頻（RF）信號(hào)的的電磁干擾。但是EMI可以發(fā)生在由DC到光波的整個(gè)頻率范圍。EMS：電磁敏感度，即處在一定環(huán)境中設(shè)備或系統(tǒng)，在

6、正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)備或系統(tǒng)能承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾，或者說設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)于一定范圍內(nèi)的電磁能量不敏感，能按照設(shè)計(jì)的性能保持正常的運(yùn)行、工作；（防靜電要求為此類）。電磁兼容原理電磁兼容原理 EMC三要素及策略最簡(jiǎn)單的電磁干擾模型有三個(gè)基本要素：1、一定存在電磁干擾源。2、必須在干擾源和干擾受體之間存在耦合通道來傳輸有害電磁能量。3、一定存在電磁干擾受體，當(dāng)電磁干擾強(qiáng)度超出容許的界限時(shí)，被干擾設(shè)備性能會(huì)發(fā)生混亂。EMC耦合問題的基本分解框圖如下：電磁兼容原理電磁兼容原理在單板范圍內(nèi)，我們可以找到如下幾個(gè)與輻射有關(guān)的項(xiàng)：v 干擾源：時(shí)鐘電路（包括晶振、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路）；v 開關(guān)電源；v 高速總

7、線（通常為低位地址總線如：A0、A1、A2）；v 高電平信號(hào)、大電流信號(hào)、dv/dt、di/dt高信號(hào)；v 部分塑封器件；v 內(nèi)部互連電纜；v 不恰當(dāng)布防的印制線條等。電磁兼容原理電磁兼容原理耦合途徑：傳播能量的各種媒質(zhì)，例如自由空間、互連電纜（共模耦合）。按傳播的方式，電磁干擾分成兩種類型。1、傳導(dǎo)型干擾是系統(tǒng)產(chǎn)生并返回到支流輸入線或信號(hào)線的噪聲。2、輻射型干擾以電磁波的方式直接發(fā)射。單板中敏感器件或信號(hào)主要有：v 鎖項(xiàng)環(huán)（一種電路或者模塊，它用于在通信的接收機(jī)中，其作用是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，并從其中提取某個(gè)時(shí)鐘的相位信息）v 收發(fā)模塊v 模擬信號(hào)v 復(fù)位信號(hào)電磁兼容原理電磁兼容原理總結(jié)

8、：對(duì)于EMC來講，這三個(gè)要素缺一不可。如果任一要素不存在，EMI也就不存在了。電磁兼容原理電磁兼容原理 EMC策略上述也意味著防止干擾的三種途徑：1、抑制源的發(fā)射2、盡可能使耦合路徑無效3、使接受器對(duì)發(fā)射不敏感抑制源的發(fā)射一般地說，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，消除主要的干擾源是最廉價(jià)有效的方法。干擾是產(chǎn)生初始波形的主要因素。PCB必須設(shè)計(jì)成使產(chǎn)生的電磁能量只限于需要的裝配部件處。通過必要的布局、布線以及采取屏蔽、接地措施來提高設(shè)備的抗擾能力。電磁兼容原理電磁兼容原理盡可能使耦合路徑無效在三要素的對(duì)策中切斷干擾的傳播途徑是最重要的一環(huán)。在單板上可采取以下措施來切斷耦合途徑或者減少耦合：1對(duì)應(yīng)傳導(dǎo)耦合：加濾波

9、電容、濾波器、共模線圈、隔離變壓器等；2對(duì)應(yīng)輻射耦合：相鄰層垂直走線、加屏蔽地線、磁性器件合理布局、3W規(guī)則、正確層分布、輻射能力強(qiáng)或敏感信號(hào)內(nèi)布層、使用I/O雙絞線、輻射信號(hào)強(qiáng)的信號(hào)遠(yuǎn)離拉手條、板邊縫隙等。從產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的對(duì)策、手段來講，通常采用的不外乎接地、屏蔽、濾波三種。關(guān)于接地、屏蔽等一般涉及到結(jié)構(gòu)的開發(fā)，這次主要針對(duì)PCB的EMC設(shè)計(jì)給予介紹。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義1、信號(hào)質(zhì)量的要求在產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)中，除了通過有關(guān)測(cè)試、獲取相關(guān)認(rèn)證外，還必須結(jié)合信號(hào)完整性分析，保證信號(hào)質(zhì)量。如果產(chǎn)品順利通過EMC測(cè)試卻不能實(shí)現(xiàn)正常功

10、能，那也是徒勞的。在這方面，板級(jí)EMC設(shè)計(jì)是其它方式等無法取代的。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)策多樣化v 目前業(yè)界大多公司在EMC的處理上均采用注重源頭控制的EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從產(chǎn)品的概念、設(shè)計(jì)階段給予關(guān)注，可在原理、PCB、結(jié)構(gòu)、線纜、屏蔽、濾波、軟件等各個(gè)方面采取對(duì)策，而一旦產(chǎn)品推向時(shí)常，可采取的對(duì)策也只有在軟、硬件上打補(bǔ)丁了，對(duì)策的效果、可行性將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。v 對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品來講，從設(shè)計(jì)之初就采取一些抑制措施比成品之后再反復(fù)修改要經(jīng)濟(jì)的多。在電子產(chǎn)品的研制中，為獲得良好的EMC性價(jià)比，進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的；電

11、子產(chǎn)品的EMC性能是設(shè)計(jì)賦予的。測(cè)試僅僅是將電子設(shè)備固有的EMC性能用某種定量的方法表征出來。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義3、縮短開發(fā)周期重視源頭控制，可能會(huì)拖延一點(diǎn)開發(fā)進(jìn)度，但比起產(chǎn)品定型后，再針對(duì)EMC特性進(jìn)行攻關(guān)要有效的多，而且產(chǎn)品定型后，再作EMC處理，由于受到諸多限制，可采用的對(duì)策極為有限。4、降低批量成本在單板、PCB設(shè)計(jì)階段進(jìn)行EMC控制，有可能會(huì)增加人力開發(fā)成本，但從批量生產(chǎn)等總成本考慮，關(guān)注源頭控制，可極大的降低批量成本。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀

12、地位v 在信號(hào)質(zhì)量的綜合考慮、單板接口、無法進(jìn)行完全屏蔽的產(chǎn)品里，開展PCB的EMC設(shè)計(jì)是其他任何EMC措施無法取代的；即使不存在以上問題的產(chǎn)品，開展以EMI源頭設(shè)計(jì)為主的EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，豐富了設(shè)計(jì)手段，減輕了后續(xù)工序的壓力，降低了綜合成本。v 我們也應(yīng)看到，在EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)里，單獨(dú)做好板級(jí)EMC的開發(fā)，并不能解決所有EMC問題，更不能有只需解決板級(jí)EMC問題，而無須再做屏蔽罩、屏蔽線纜的想法，我們強(qiáng)調(diào)的是EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念，而PCB的EMC設(shè)計(jì)是這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)鏈條上最關(guān)鍵的一環(huán)，在單板方面進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)考慮是一個(gè)綜合的考慮，是我們硬件、PCB工程師抬頭腦中必須掌握的概念。 PCB的的EM

13、C設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀地位v 現(xiàn)在一些電子企業(yè)的一個(gè)瓶頸是從事EMC開發(fā)、硬件開發(fā)的人員對(duì)PCB的設(shè)計(jì)了解不多，在單板的LAYOUT中，如果沒有通過相關(guān)認(rèn)證，就經(jīng)常采用加層、加容性、抗性器件等做法，“寧可錯(cuò)殺一千，也不放過一個(gè)”，存在著明顯的過設(shè)計(jì)傾向，以致于增加了不小的成本，也增加了PCB的LAYOUT難度，甚至有些還是無法實(shí)施的。v 我們知道，PCB的設(shè)計(jì)需要綜合質(zhì)量、成本、加工工藝、EMC、安規(guī)、熱等諸多因素，缺乏對(duì)以上的綜合考慮，都不是一個(gè)成功的產(chǎn)品。這就需要我們的工程師對(duì)以上因素做到全局把握，根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的對(duì)策。v

14、 以上為總體上針對(duì)電磁兼容的基本原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 板級(jí)EMC的成因地平面是不平整的。實(shí)際中的地平面上各點(diǎn)的是存在電位差的，而且總是起伏不定的，類似于海面上的波浪。這構(gòu)成了PCB的EMC形成的必要條件，隨著頻率、速率的提高，傳輸線效應(yīng)越來越需要引起關(guān)注，引線電感以及信號(hào)回流過程中大大小小的環(huán)路就構(gòu)成了PCB的EMC形成。以下引申一個(gè)信號(hào)完整性的概念，并且分析一些問題的造成原因及其解決方法。信號(hào)完整性（SingnalIntegrity）是指一個(gè)信號(hào)在電路中產(chǎn)生正確的相應(yīng)的能力。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性（SingnalIntegrity

15、）是指當(dāng)在需要的時(shí)候，具有所必須達(dá)到的電壓電平數(shù)值。主要的信號(hào)完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 板級(jí)EMC的成因常見信號(hào)完整性問題及解決方法： PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)在PCB設(shè)計(jì)的EMC設(shè)計(jì)，影響的因素很多，例如：v PCB的層疊設(shè)計(jì)v 電容的擺放v 接口電路v 時(shí)鐘晶振布局走線v 電源布局走線v 關(guān)鍵信號(hào)的布線等。幾乎PCB設(shè)計(jì)的任何一個(gè)步驟都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的EMC問題 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦正確的使用電容是抑制干擾的一種有效措施。下面引申兩個(gè)概念：旁路和退耦是指把能量從一個(gè)電路轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電路的功能，常用于電能分

16、配系統(tǒng)的供電質(zhì)量。應(yīng)著重關(guān)注三個(gè)方面：電源和地平面、元件以及內(nèi)部電源連接。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦旁路：將來自元件或線纜耦合的無用射頻噪聲從一個(gè)區(qū)域移往別處。旁路不僅對(duì)于實(shí)現(xiàn)濾波（有限帶寬）功能相當(dāng)關(guān)鍵，而且對(duì)于設(shè)置交流分路器防止干擾進(jìn)入敏感區(qū)域也是不可或缺的。用于該目的的電容是就是所謂的旁路電容。它利用了電容的頻率阻抗特性（理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低）可以看出旁路電容主要針對(duì)高頻干擾。退耦：去除從高頻元件進(jìn)入電源分配網(wǎng)絡(luò)的射頻能量。這些元件以一定的速度不停切換，同時(shí)消耗著同樣速度變化的電能。退耦電容可以為器件和元件的直流電源提供局部本地化的能量來源，這對(duì)于抑制電路板

17、上尖峰電流沖擊的傳播擴(kuò)散至關(guān)重要。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦在電源電路中，旁路和退耦都是為了減少電源噪聲。旁路主要是為了減少電源上的噪聲對(duì)器件本身的干擾；退耦是為了減少器件產(chǎn)生的噪聲對(duì)電源的干擾。pcb設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)法則：“在電路板的電源接入端放置一個(gè)110F的電容，濾除低頻噪聲；在電路板上每個(gè)器件的電源與地線之間放置一個(gè)0.010.1F的電容，濾除高頻噪聲。實(shí)際的電容并不是理想器件，因?yàn)椴牧?、封裝等方面的影響，具備有電感、電阻等附加特性；尤其是在高頻環(huán)境中更表現(xiàn)的更像電感的電氣特性。我們都知道實(shí)際電容的模型簡(jiǎn)單的以電容、電阻和電感建立。除電容的容量C以外，還包括以下相對(duì)重要的寄生參數(shù)：

18、1、等效串聯(lián)電阻ESR2、等效串聯(lián)電感ESL3、等效并聯(lián)電阻EPR PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦因?yàn)榧纳鷧?shù)的影響，尤其是ESL的影響，實(shí)際電容的頻率特性表現(xiàn)出阻抗和頻率成“V”字形的曲線，低頻時(shí)隨頻率的升高，電容阻抗降低；當(dāng)?shù)阶畹忘c(diǎn)時(shí)，電容阻抗等于ESR；之后隨頻率的升高，阻抗增加，表現(xiàn)出電感特性。對(duì)電容的選擇需要考慮的不僅僅是容值，還需要考慮其它因素。包括：電介質(zhì)材料，電容的幾何尺寸和放置位置。合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開關(guān)器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠

19、近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒有作用了。（當(dāng)電源濾波/退耦電容布置的合理時(shí)，接地點(diǎn)的問題就顯得不那么明顯。）電容引線不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線1、阻抗匹配-反射和振鈴v 當(dāng)信號(hào)邊沿變得更快時(shí)，就必須考慮線條的傳輸和反射延時(shí)。這將引起各種問題，包括串?dāng)_、振鈴和反射。當(dāng)信號(hào)邊沿時(shí)間在器件負(fù)載間的傳輸時(shí)間占很大比例的時(shí)候，反射常常會(huì)導(dǎo)致信號(hào)完整性和EMI問題。解決反射問題需要延伸邊沿時(shí)間（減慢邊沿效率）或減小在負(fù)載器件之間的間隔距離。v 在電路網(wǎng)絡(luò)中，在PCB上的信號(hào)的反射是一個(gè)RF噪聲源。在傳輸線上存在阻抗不連續(xù)情況時(shí)，就能觀察到反射現(xiàn)象。這種不連續(xù)現(xiàn)象包

20、括：v 線寬度的變化v 終端網(wǎng)絡(luò)失配v 缺少端接v T形短線和線條交叉 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線1、阻抗匹配-反射和振鈴v 布線層間的過孔v 可變負(fù)載和邏輯系列v 大的電源平面不連續(xù)v 轉(zhuǎn)換連接器v 傳輸線阻抗的變化當(dāng)然何時(shí)選擇端接，選擇怎樣的端接類型也是一個(gè)課題，在這里便不再具體闡述。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線2、串?dāng)_在布線時(shí)我除了考慮以下幾點(diǎn)之外。確定使用哪一層來布線如何在層間換層保持阻抗的連續(xù)串?dāng)_也是布線所考慮的一個(gè)重要因素。導(dǎo)線、電纜線和印制線間的串?dāng)_會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)的性能。系統(tǒng)內(nèi)是指在同一機(jī)箱內(nèi)的源和接收器。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須是自兼容的，因此串?dāng)_被當(dāng)作系統(tǒng)內(nèi)部必須減小或消滅的EMI問題。因?yàn)榇當(dāng)_會(huì)在印制線間產(chǎn)生干擾，所以串?dāng)_通常被認(rèn)為是信號(hào)完整性問題。實(shí)際上，串?dāng)_表征的是RF能量從干擾線耦合到被干擾線。而EMI敏感電流也會(huì)將RF能量耦合到包括互連的其他電路。I/O線的耦合可導(dǎo)致在機(jī)箱內(nèi)出現(xiàn)輻射或傳導(dǎo)EMI問題，或者可能造成電路和子系統(tǒng)間的功能性問題。 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線2、串?dāng)_v 為了避免串?dāng)_，在PCB階段，采用以下的設(shè)計(jì)和布線方