第五部分 PCB的電磁兼容設(shè)計

1、2002年8月 楊繼深第五章 PCB的電磁兼容設(shè)計 2002年8月 楊繼深走線是主要輻射源2002年8月 楊繼深脈沖信號的頻譜T1/d1/trdtr 諧波幅度（電壓或電流）頻率（對數(shù)）-20dB/dec-40dB/decAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttrf22002年8月 楊繼深上升沿越陡高頻越豐富2002年8月 楊繼深地線和電源線上的噪聲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放電放電IgVg2002年8月 楊繼深電源線、地線噪聲電壓波形輸出ICCVCCIgVg

2、2002年8月 楊繼深地線干擾對電路的影響1324寄生電容2002年8月 楊繼深線路板走線的電感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII2002年8月 楊繼深地線網(wǎng)格2002年8月 楊繼深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環(huán)路盡量小這個環(huán)路盡量小2002年8月 楊繼深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2002年8月 楊繼深 解耦電容的選擇C = dI dt dVZf1/2

3、 LC各參數(shù)含義：各參數(shù)含義：在時間在時間dt內(nèi)，電源線上出內(nèi)，電源線上出現(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。 2002年8月 楊繼深增強解耦效果的方法增強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線細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線增加電用細線增加電源端阻抗源端阻抗2002年8月 楊繼深有效濾波的例子普通電容三端電容三端電容+鐵氧體2002年8月 楊繼深線路板的兩種輻射機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2002年8月 楊繼深實際電

4、路的輻射ZGZLVZC = ZG + ZL近場：近場：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）遠場：遠場： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）環(huán)路面積環(huán)路面積 = AI2002年8月 楊繼深常用的差模輻射預(yù)測公式考慮地面反射時：考慮地面反射時： E = 2.6 I A f 2 /D （ V/m）2002年8月 楊繼深脈沖信號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

5、 1/ d 1/ tr40dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec2002年8月 楊繼深不同邏輯電路為了滿足EMI指標要求所允許的環(huán)路面積邏輯 系列 上升時間 電流 不同時鐘頻率允許的面積（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

6、2.2 0.75 0.25 74AS 1.4 120 2 0.8 3 0.15 僅代表了一個環(huán)路的輻射情況，若有N個環(huán)路輻射，乘以 N 。因此，可能時，分散時鐘頻率。2002年8月 楊繼深如何減小差模輻射？E = 2.6 I A f 2 / D低通濾波器低通濾波器布線2002年8月 楊繼深控制高頻信號的回路2002年8月 楊繼深電路中的強輻射信號 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鐘電路加電工作只有時鐘電路加電工作2002年8月 楊繼深電流回路的阻抗LRIZ = R + j LL = / I A2002年8月 楊

7、繼深單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積2002年8月 楊繼深不良布線舉例68HC1174HC00AB連接連接A、BE時鐘2002年8月 楊繼深隨便設(shè)置的地線沒有用在線路板上沒有布線的地方全部鋪上地線是在線路板上沒有布線的地方全部鋪上地線是EMC設(shè)計嗎？設(shè)計嗎？2002年8月 楊繼深地線對輻射的影響2002年8月 楊繼深地線對輻射的影響2002年8月 楊繼深多層板能減小輻射信號信號1電源層電源層地線層地線層信號信號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2002年8月 楊繼深地線面上的縫隙的影響模擬

8、地模擬地數(shù)字地數(shù)字地A/D變換器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB2002年8月 楊繼深過孔的阻抗1.5mm PGA128-pinC/4 PGA1010010.1nH/cm 25 50 75 100與過孔之間的距離與過孔之間的距離 mm2002年8月 楊繼深線路板邊緣的一些問題關(guān)鍵線（時鐘、射頻等）產(chǎn)生較強輻射無地線電源層地線層20H2002年8月 楊繼深扁平電纜的使用地線一部分信號回流經(jīng)過一部分信號回流經(jīng)過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2002年8月 楊繼深注意隱蔽的輻射環(huán)路電源/地

9、線信號線電源/地線信號線電源電源信號線+電源+地線電源/地線電源電源2002年8月 楊繼深直流線的輻射線路板1線路板2線路板3直流線也會產(chǎn)生射頻輻射直流線也會產(chǎn)生射頻輻射2002年8月 楊繼深外拖電纜的共模輻射LI2HCPI3I1CP盡管共模成份的比例很小，但是由于輻射環(huán)路大，盡管共模成份的比例很小，但是由于輻射環(huán)路大，仍然是主要的輻射因素仍然是主要的輻射因素2002年8月 楊繼深“無關(guān)”的電纜也輻射2002年8月 楊繼深無關(guān)電纜輻射機理VCM機箱內(nèi)的所有信號都會通過機箱內(nèi)的所有信號都會通過電纜輻射！電纜輻射！2002年8月 楊繼深地線也輻射不接地線不接地線接上地線接上地線你喜歡你喜歡電纜屏蔽

10、層接地嗎電纜屏蔽層接地嗎 ?2002年8月 楊繼深地線輻射產(chǎn)生的原因地線噪聲地線噪聲電源線電感電源線電感信號回路信號回路電源回路電源回路2002年8月 楊繼深兩端設(shè)備都接地的情況LRW 線路板不接地：線路板不接地：ZCM = RW + j L+ RL + 1/ j CCPICMRWLRL 線路板接地：線路板接地：ZCM = RW + j L+ RL1 H/mV02002年8月 楊繼深共模電流主要由寄生電容產(chǎn)生V0 / RL線路板接地線路板接地線路板不接地線路板不接地CP較大較大CP較小較小頻率頻率MHz共模共模電流電流2002年8月 楊繼深懸浮電纜ICM近場區(qū)內(nèi)近場區(qū)內(nèi): E = 1430I

11、L / (f D3) V/m遠場區(qū)內(nèi)遠場區(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：時： E = 120I / D V/m電纜長度：電纜長度：L2002年8月 楊繼深共模電流的測量共模電流的測量電流卡鉗電流卡鉗頻譜分析儀頻譜分析儀VdB VICM被測電流被測電流 IV傳輸阻抗：傳輸阻抗：ZT = V / I 2002年8月 楊繼深怎樣減小共模輻射 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

12、電纜屏蔽電纜屏蔽2002年8月 楊繼深減小共模電壓2002年8月 楊繼深濾波器濾除高頻成份2002年8月 楊繼深濾波器電容量的選擇R負載R源電容合適電容過大 低速接口10 100kB/s 高速接口 2MB/s低速CMOS TTL上升時間 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns帶寬 BW 320kHz 6MHz 3.2MHz 32MHz總阻抗 R 120 100 300 100150最大電容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF2002年8月 楊繼深平衡接口電路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/22002年8月 楊繼深增加共?；芈返淖杩筆CBPCB共?；芈饭材；芈犯纳?/p>

13、量改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB2002年8月 楊繼深鐵氧體磁環(huán)使用方面的一些問題1 10 100 100012545001250600300個30個0.1 1 10 100 1000匝1匝無偏置有偏置2002年8月 楊繼深I(lǐng)/O接口布線的一些要點干凈區(qū)域濾波電容電源線連接地線連接信號濾波器信號濾波器隔離變壓器/光耦隔離器橋壕溝壕溝時鐘電路、高速電路2002年8月 楊繼深時鐘信號遠離電纜接口2002年8月 楊繼深用屏蔽電纜抑制共模輻射CMCMDMCMCM2002年8月 楊繼深屏蔽電纜的評估CMCMDMV輻射環(huán)路輻射環(huán)路VIZT = V / I2002年8月 楊繼深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 + 雙層金屬實心銅實心銅2002年8月 楊繼深屏蔽層的錯誤接法CM200