高速PCB板的电磁兼容性设计及仿真分析
高速数字系统印刷电路板电磁兼容设计
高速数字系统印刷电路板电磁兼容设计
电磁兼容性(EMC)是指在电子设备的设计中,控制和减少电磁辐射和感受到的干扰的能力。
高速数字系统印刷电路板(PCB)的电磁兼容设计是确保信号完整性和减少干扰的关键。
以下是高速数字系统PCB电磁兼容设计中需要注意的几个方面:
1. PCB布局
在PCB布局中,需要考虑信号传输的路径和信号返回路径,减少信号穿越其他信号的路径。
把高速信号与低速信号区分开,以避免相互间的干扰。
将电源和地线区分开来,并安排有厚的电源和地线轨道以降低阻抗。
还需要使用差分信号传输以减少共模噪声的影响。
2. 路径匹配
在设计中,需要匹配差分信号路径和串并转换器的2个传输线的长度和阻抗,以最小化分布式参数和保存信号完整性。
还需要匹配电源地线与信号路径,以减少进入系统的噪声和干扰。
3. 绕线规则
在PCB设计中,需要减少绕线时的环行电流,可以采用缠绕电流、防滞环、环形翻滚式布线等规则,降低干扰。
绕线路线的宽度必须匹配PCB层的厚度,并注意信号层的层间距和孔的大小。
4. 地板设计
地板必须是均匀的,以使整个板成为一个整体。
对于每个数字集成电路,需要使用适当的电源去耦电容器来消除高频噪声的引入。
为了降低噪声的影响,需要使地面足够大并保持连续性。
5. 示意图和设计说明
需要提供示意图和设计说明来描述PCB的电磁兼容设计和各部分之间的通信。
应该考虑到不同的系统元件之间的干扰和保护措施。
6. PCB测试
PCB测试是非常重要的,可以使用测试设备来测试电磁辐射和传导干扰以及信号完整性。
测试结果可以用来检查PCB设计的功效。
高速电路板电磁兼容性分析
高速电路板电磁兼容性分析背景介绍随着电子技术的不断发展,高速电路板的应用也越来越广泛。
然而,在高速电路板的设计和制造过程中,电磁兼容性问题是不可避免的难题。
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境下工作时不产生有害的 elecromagnetic interference(EMI)(电磁干扰)和 elecromagnetic susceptibility(EMS)(电磁感受性)的特性,也是电子设备能够和其他设备正常工作的重要保障。
本文将从电磁干扰和电磁感受性两个方面介绍高速电路板电磁兼容性的相关内容,并分析影响高速电路板电磁兼容性的因素。
高速电路板的电磁干扰高速电路板的电磁干扰主要是指电路板内部信号的互相干扰,包括共模干扰、差模干扰和噪声耦合等。
其中,共模干扰和差模干扰是高速电路板电磁兼容性设计中的重要问题。
共模干扰共模干扰又称为共模噪声,是指两个或两个以上信号共同受到相同的干扰,导致它们产生相同的误差。
在高速电路中,一般会采用差模信号传输方式,因此要想减小共模干扰,可以从差模信号的角度入手。
具体措施包括:•增加差模信号传输的电阻、电容等参数;•采用分差模路线进行传输;•对电路板进行屏蔽和隔离。
差模干扰差模干扰是指两个或两个以上信号的差分信号受到干扰,导致它们之间的差异变小,从而影响差分信号的传输品质。
减小差模干扰可以采取以下措施:•减少信号在电路板上的反射;•增大差分信号的噪声锁定范围;•优化电路板的地线布局。
高速电路板的电磁感受性高速电路板的电磁感受性主要是指电路板在外部电磁环境下受到的干扰,也包括共模干扰和差模干扰等问题。
影响高速电路板电磁感受性的因素很多,主要包括以下几个方面:电路板导体的长度和宽度电路板的导体长度和宽度不同会影响电磁感受性,一般情况下,导体越长、越宽,电磁感受性越强。
信号频率和功率信号的频率和功率越高,电磁感受性越强。
因此,在高速电路板的设计过程中,要根据信号的特性,合理选择信号频率和功率,从而尽可能减小电磁感受性。
详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题
详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题近年来,随着电子技术的快速发展,高速PCB设计在通信、计算机、汽车电子等众多领域中扮演着重要的角色。
然而,在高速PCB设计中,电磁兼容性问题却是一个令人头疼的挑战。
本文将详述高速PCB设计中的电磁兼容性问题,并提出一些解决方案。
一、高速PCB设计中的电磁兼容性问题概述在高速PCB设计中,由于信号的频率较高,电流和信号的变化速度较快,会产生较强的电磁场。
这些电磁场可能会干扰其他电路或设备,导致系统性能下降,甚至造成严重的故障。
因此,电磁兼容性问题是高速PCB设计中需要高度关注的一个方面。
二、高速PCB设计中常见的电磁兼容性问题1. 串扰问题:在高速PCB设计中,由于信号线之间的距离较近,会导致信号间的串扰。
当一个信号线发生变化时,其周围的信号线可能会受到影响,造成误码率的增加。
2. 辐射问题:高速PCB上的信号线和电源线会辐射电磁波,可能对附近的其他电路或设备产生干扰。
特别是当信号线长度接近或超过信号波长的一半时,辐射问题会更加严重。
3. 地线问题:在高速PCB设计中,地线的布局和连接方式对电磁兼容性有重要影响。
如果地线布局不合理,可能会导致电流回路不畅通,进而产生电磁辐射或引入地回路噪声。
4. 电源噪声问题:在高速PCB设计中,电源噪声的干扰会对信号质量产生很大影响。
电源线上的纹波噪声、开关噪声和共模噪声等都可能引起系统性能下降。
三、解决高速PCB设计中电磁兼容性问题的方法1. 合理的布局设计:合理布局是解决电磁兼容性问题的关键。
应该将敏感信号线和噪声源分隔开,并保持足够的距离。
同时,应确保地线的布局合理,避免信号回流路径过长。
2. 控制信号线长度和层间引线数:信号线长度应控制在信号波长的1/10以内,避免产生较大的辐射问题。
同时,层间引线数也应合理控制,减少层间串扰的可能性。
3. 优化电源和地线布局:电源线和地线应尽量平行布局,减小回流路径的面积。
此外,应采用直线连接方式,减少电流环路的面积,降低电磁辐射问题。
高速PCB可控性与电磁兼容性设计
高速PCB可控性与电磁兼容性设计第一篇布线在PCB设计中,布线是完成产品设计的重要步骤,可以说前面的预备工作都是为它而做的,在囫囵PCB中,以布线的设计过程限定最高,技巧最细、工作量最大。
PCB布线有单面布线、双面布线及多层布线。
布线的方式也有两种:自动布线及交互式布线,在自动布线之前,可以用交互式预先对要求比较严格的线举行布线,输入端与输出端的边线应避开相邻平行,以免产生反射干扰。
须要时应加地线隔离,两相邻层的布线要相互垂直,平行简单产生寄生耦合。
自动布线的布通率,依靠于良好的布局,布线规章可以预先设定,包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。
普通先举行探究式布经线,迅速地把短线连通,然后举行迷宫式布线,先把要布的连线举行全局的布线路径优化,它可以按照需要断开已布的线。
并试着重新再布线,以改进总体效果。
对目前高密度的PCB设计已感觉到贯穿孔不太适应了,它铺张了许多珍贵的布线通道,为解决这一冲突,浮现了盲孔和埋孔技术,它不仅完成了导通孔的作用,还省出许多布线通道使布线过程完成得越发便利,越发流畅,更为完美,PCB 板的设计过程是一个复杂而又容易的过程,要想很好地把握它,还需广阔工程设计人员去自已体味,才干得到其中的真谛。
1 电源、地线的处理既使在囫囵PCB板中的布线完成得都很好,但因为电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的胜利率。
所以对电、地线的布线要仔细对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。
对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明了地线与电源线之间噪音所产生的缘由,现只对降低式抑制噪音作以表述:(1)、尽人皆知的是在电源、地线之间加上去耦。
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高速PCB电磁兼容的研究
可 能 有 较 高 的 电 压 , 应 加 大 他 们 之 间 的 距 离 , 免 放 电 引 出 意 外 以
短 路 。
计 已 成 为 高 速 PC 设 计 中 急 待 解 B 决 的技 术难 题 。
( 2)某 些 元 器 件 或 导 线 之 间
系 到 电 子 设 备 质 量 的 好 坏 。 随 着 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 , 电 子 产 品 越 来 越 趋 向 高 速 , 高 灵 敏 度 , 高 密 度 , 这 种 趋 势 导 致 了 P CB电 路 板 设 计 中 的 电 磁 兼 容 ( MC 和 电 E )
线之 间容 易 发生 串扰 , 且散 热性 而
( )综 合 考 虑 各 元 件 之 间 的 6 分 布 参 数 。 尽 可 能 使 元 器 件 平 行 排 列 , 这 样 不 仅 有 利 于 增 强 抗 干
扰 能 力 , 而 且 外 观 美 观 , 易 于 批
量生 产 。
能 不 好 。 确 定 P B 寸 之 后 , 就 可 C 尺 以 根 据 电 路 的 功 能 模 块 x- 部 器 ,全 j 件 进 行 布 局 。 高 速 P B 布 局 通 常 C 的
和 传 输 线 的 设 计 几 个 方 面 分 析 研 究 了 改 善 高 速 P B M 性 能 的 方 法 , 并 介 绍 了 其 它 的 一 些 抗 C E C
电磁干扰 技术 。
关 键 词 : 磁 兼 容 ; 速 P B 电 磁 干 扰 电 高 C; 中 图 分 类 号 :N 0 T7 1 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 0 3 0 0 (0 7 0 - 0 2 0 10-1 72 0)B 09- 3
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高速电路板电磁兼容性分析
毕业论文论文题目:高速电路板电磁兼容性分析系部:专业名称:班级:学号:姓名:指导教师:完成时间:年月日高速电路板电磁兼容性分析摘要:本文首先对电磁兼容的基本概念作出了简要的回答,接着引出了在高速电路板中存在的电磁兼容问题,主要是其产生的原因,重点是电磁干扰的内容,以及相应的解决办法。
由这些问题给出了高速电路板在电磁兼容性上的设计方法,包含了元器件的放置、去耦电容的放置等基本原则。
最后通过对PCBMOD仿真软件的简单介绍使PCB板的EMC问题在计算机辅助软件的帮助下大为简化,使复杂的问题在现实应用中的解决成为可能。
关键词:电磁兼容性(EMC);电磁干扰(EMI);电磁敏感性(EMS)High speed circuit board electromagnetic compatibility analysisAbstract: This article first has made the brief reply to the electromagnetic compatibility basic concept, then has drawn out the electromagnetic compatibility question which exists in the high-speed circuit board, mainly is the reason which it produces, the key point is the electromagnetic interference content, as well as corresponding solution.Has given the high-speed circuit board in electromagnetic compatibility design method by these questions, has contained the primary device laying aside, the decoupling electric capacity laying aside and so on the basic principle.Finally through causes PCB to the PCBMOD simulation software simple introduction the board the EMC question to assist the software in the computer under the help is greatly the simplification, causes the complex question in the reality application solution into possibleKey words: Electromagnetic compatibility(EMC);Electromagnetic interference (EMI);Electromagnetic sensitivity(EMS)目录引言 (3)1.电磁兼容性的概念与内容 (3)1.1电磁兼容的概念 (3)1.2电磁兼容包含的内容 (4)2.高速电路板的电磁兼容性 (4)2.1高速电路板电磁干扰的产生原因 (4)2.2电磁干扰的解决办法 (6)3.PCB板电磁兼容性设计原则及方法 (7)3.1 元器件的放置 (7)3.2 PCB板的叠层布线 (8)3.3 去耦电容的放置及使用方法 (8)4.PCB板的EMC仿真分析 (8)4.1 EMC仿真介绍 (8)4.2 PCBMOD仿真软件 (9)5.应用单片机设计PCB板 (10)5.1设计流程 (10)5.2设计注意事项. (11)结束语 (12)参考文献 (13)致谢词 (14)引言科学技术的发展,特别是集成电路的发展,带动着高速电路的飞速发展,电子设备体积越来越小,集成度却越来越高,高速、高密度的数字电路设计成为主要发展方向。
高速pcb板的电磁兼容性设计与仿真分析
东南大学硕士学位论文环境的污染和无线电频谱资源的影响,世界各国制定了相关的电磁兼容标准、法律法规来限制产品的电磁辐射问题,不符合标准要求的产品不允许在市场中销售,即电磁兼容认证,这也逐渐成了限制别国产品进入本国市场的技术贸易壁垒。
欧盟于1989年5月3日颁布了电磁兼容性指令(89/336/EEc)。
指令严格规定,凡不符合指令要求的产品,一律禁止进入欧盟市场或投入使用。
1991年4月、1992年4月和1993年7月,欧盟又先后三次对该指令进行修改。
最近,欧盟在89/336/EEC及其修改件的基础上对电磁兼容技术法规内容再一次作了较大幅度的修改和调整,并于2004年12月31日重新颁布了新的电磁兼容性指令(2004/108/F_贮),该指令将逐步取代89/336/EEC。
指令所有电子产品必须通过电磁发射测试和电磁抗扰度测试并按要求加贴CE标志才可以欧盟市场中销售,没有CE标志的,不得上市销售,已加贴CE标志进入市场的产品,发现不符合安全要求的,要责令从市场收回,持续违反指令有关CE标志规定的,将被限制或禁止进入欧盟市场或被迫退出市场。
欧盟电磁兼容标准的执行及过渡时间如下表所示:图1-3欧洲电磁兼容标准执行情况西方一些发达的国家如美国、加拿大、日本等国也提出实施EMC指令的要求,并且实施这一指令的要求也正在向世界各国延伸,将成为世界各国的共同要求。
所以不通过电磁兼容性能试验的设备、产品是无法进入国际市场,它是电子设备进入国际市场的通行证。
我国也于2003年开始实施强制性的产品认证,在认证规定之内的产品必须在指定测试机构通过相应电磁兼容和安全标准的测试并在产品上贴加“CCC”标识,方可在市场中销售。
且近年来全球电磁兼容认证的要求也不断变化,世界各国都逐渐采用IEC及CISPR出版制定的EMC的标准来要求市场上的电子产品,如下表所示12】:电磁兼容要求的扩大199219931994199519961997199819992000200120022003.2006FCCFCCFCCFCCFCCFCC∞CFCCDOCFCCDOCFCCDOCFCCDOCFCCDoCFCCDoCTWTuvTWTUvTWTWTWTWTWTUVTWTWNEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKoVDEVDEVDEfCECECECECECECECEC£CEMPR¨.MPR¨。
PCB设计中的电磁兼容性考虑
PCB设计中的电磁兼容性考虑1.电磁兼容的一般概念考虑电磁兼容的根本原因在于电磁干扰的存在。
电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI)是破坏性电磁能从一个电子设备通过辐射或传导传到另一个电子设备的过程。
一般来说,EMI特指射频信号(RF),但电磁干扰可以在所有的频率范围内发生。
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)是指电气和电子系统、设备和装置在设定的电磁环境中,在规定的安全界限内以设计的等级或性能运行,而不会由于电磁干扰引起损坏或不可接受到性能恶化的能力。
这里所说的电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。
这表明电磁兼容性一方面指电子产品应具有抑制外部电磁干扰的能力;另一方面,该电子产品所产生的电磁干扰应低于限度,不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。
现今的电子产品已经由模拟设计转为数字设计。
随着数字逻辑设备的发展,与EMI和EMC相关的问题开始成为产品的焦点,并得到设计者和使用者很大的关注。
美国通信委员会(FCC)在20世纪70年代中后期公布了个人电脑和类似设备的辐射标准,欧共体在其89/336/EEC电磁兼容指导性文件中提出辐射和抗干扰的强制性要求。
我国也陆续制定了有关电磁兼容的国家标准和国家军用标准,例如“电磁兼容术语”(GB/T4365-1995),“电磁干扰和电磁兼容性术语” (GJB72-85),“无线电干扰和抗扰度测量设备规范”(GB/T6113-1995),“电动工具、家用电器和类似器具无线电干扰特性的测量方法和允许值”(GB4343-84)。
这些电磁兼容性规范大大推动了电子设计技术并提高了电子产品的可靠性和适用性。
2.EMC在PCB设计中的重要性随着电子设备的灵敏度越来越高,并且接受微弱信号的能力越来越强,电子产品频带也越来越宽,尺寸越来越小,并且要求电子设备抗干扰能力越来越强。
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验
高速PCB设计中信号完整性的仿真与分析经验信号完整性是高速PCB设计中非常重要的考虑因素之一,它涉及到信号的传输特性、功率完整性和噪声抑制等方面。
为了确保良好的信号完整性,需要进行仿真和分析,下面将分享一些经验。
首先,进行信号完整性仿真和分析时,通常会使用电磁场仿真软件,如HyperLynx、ADS和Siemens Polarion等。
这些软件提供了强大的仿真工具,可以模拟高速信号在PCB板层间、连线延迟、反射噪声和交叉耦合等方面的特性。
在进行PCB布线之前,可以使用S参数仿真来预测信号传输损耗和延迟。
S参数仿真可以帮助确定适当的信号线宽和间距,以确保信号在传输过程中不会过多地损耗信号强度。
另外,还可以使用时间域仿真来观察信号的时钟偏移、波形畸变和振荡等问题。
在信号完整性分析中,功率完整性也是一个重要的考虑因素。
为了确保功率供应的稳定性,可以使用直流仿真来模拟电流分布和功率供应网络的负载情况。
同时,也需要考虑布线的阻抗匹配和电源降噪等因素,以确保信号传输过程中的稳定性和可靠性。
噪声抑制是信号完整性另一个重要的方面。
在高速PCB设计中,尤其是在高频电路中,信号可能会受到电磁干扰、串扰和反射等干扰。
为了抑制这些噪声,可以使用串扰仿真来分析信号互相之间的干扰程度,并采取相应的补救措施,如增加地线和电源平面或添加层间抑制器等。
此外,还可以通过仿真来评估不同布线方案的性能。
通过对比仿真结果,可以选择性能最佳的布线方案,以实现更好的信号完整性。
除了进行仿真分析,还应根据实际情况对设计进行优化,如合理布局和分隔模块、减少信号线长度、使用合适的信号线层间堆叠等。
总结起来,信号完整性的仿真与分析在高速PCB设计中起着至关重要的作用。
通过运用合适的仿真工具和技术,可以提前检测和解决信号完整性问题,提高PCB设计的可靠性和性能。
同时,也需要结合实际经验和优化措施,确保设计的有效性和可行性。
关于PCB设计过程中的EMC-EMI仿真浅析
关于PCB设计过程中的EMC/EMI仿真浅析由于PCB板上的电子器件密度越来越大,走线越来越窄,走线密度也越来越高,信号的频率也越来越高,不可避免地会引入EMC(电磁兼容)和EMI(电磁干扰)的问题,所以对电子产品的电磁兼容分析以及应用就非常重要了。
但目前国内国际的普遍情况是,与IC设计相比,PCB设计过程中的EMC分析和模拟仿真是一个薄弱环节。
同时,EMC仿真分析目前在PCB设计中逐渐占据越来越重要的角色。
PCB设计中的对EMC/EMI的分析目标信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析,阻抗匹配分析,信号过冲分析,信号时序分析等等;对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析。
在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的物理拓扑结构,PCB介质层的电介质特性和介电常数以及每一布线层的电气特性。
现在已经有了抑制电子设备和仪表的EMI的国际标准,统称为电磁兼容(EMC)标准,它们可以作为PCB设计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的规则,对于军用电子产品设计者来说,标准会更严格,要求更苛刻。
对于由多块PCB板通过总线连接而成的系统,还必须分析不同PCB板之间的电磁兼容性能以及接口电路和连接器的EMC/EMI性能。
EMC/EMI的仿真需要用到仿真模型EMC/EMI分析要了解所用到的元器件的电气特性,之后才能更好地具体模拟仿真。
目前应用较多的有IBIS和SPICE模型。
IBIS(I/O Buffer Interface Specification),即ANSI/EIA-656,是一种通过测量或电路仿真得到,基于V/I曲线的I/O缓冲器的快速而精确描述电气性能的模型。
1990年由INTEL牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定了IBIS V1.0的行业标准,经过不断的完善和发展,于1997年更新为IBIS V3.0.现在此标准已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI等数百家半导体厂商支持,同时Cadence、Mentor、Incases、Zuken-Redac等RDA公司在各自的软件中也添加了有关IBIS的功能模块。
PCB主板设计中电磁兼容性问题的分析与解决
PCB主板设计中电磁兼容性问题的分析与解决随着电子产品市场的不断扩大,电子产品的开发设计也变得越来越重要。
而在电子产品开发设计中,PCB主板设计就成为了一个关键领域。
在PCB主板设计中,电磁兼容性问题是一个非常重要的问题。
在本文中,将会对PCB主板设计中电磁兼容性问题进行分析与解决。
一、电磁兼容性问题的定义电磁兼容性问题简称EMC,是指电子系统在正常工作状态下,不发生对其他电子设备的干扰,也不被其他电子设备所干扰的能力。
在PCB主板设计中,由于电路板内部存在各种信号线和电源线,它们之间的电流和电压的交互作用,如果不妥善地处理,就很容易产生电磁干扰,从而影响到系统的正常工作。
因此,在PCB主板设计中,处理好电磁兼容性问题是非常重要的。
二、影响电磁兼容性的因素1. 线路板设计线路板设计对电磁兼容性的影响非常大,因为线路板是整个电子系统的支撑平台,其设计质量直接关系到整个系统的性能和稳定性。
在线路板设计中,应该避免长直线,因为长直线会成为天线,会收到外界电磁干扰的影响。
在线路板设计中,应该尽可能地使用折线来代替直线,从而减少线路板的天线效应。
2. 接地问题接地是影响电磁干扰的一个重要因素。
良好的接地设计可以减少电磁干扰。
在PCB主板设计中,应该采用单点接地原则,将所有引脚和电源进行连接,避免形成地回路。
3. 外壳设计外壳控制着电磁辐射的发射和扩散方向,并且对于外界信号的抑制也有一定的作用。
在PCB主板设计中,应该使用金属外壳来封装PCB板,以减少PCB板对外部电磁辐射的影响。
同时,应该在外壳上设置过滤器,以防止电磁波侵入外壳,从而对系统造成影响。
三、电磁兼容性问题的解决1. PCB设计在PCB设计中,应该尽可能采用层板设计,从而减少各信号线的相互干扰,同时将电源和地线进行层间交错设置,从而减少电流回路的大小和天线效应。
此外,在PCB设计时还应该合理布局各个器件,减少无用电流的流动,从而减少电磁干扰。
2. 选择合适的元件在PCB主板设计中,使用合适的元件也是非常重要的。
PCB设计中的电磁兼容性分析
PCB设计中的电磁兼容性分析随着电子产品的发展,PCB(Printed Circuit Board)设计中的电磁兼容性分析变得愈发重要。
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境下能够正常工作而不产生相互干扰或受到外界干扰的能力。
在进行PCB设计时,需要考虑电路板与周围环境之间的电磁兼容性,以确保设备的稳定运行。
首先,电磁兼容性分析需要考虑到电磁场的干扰和敏感性。
设备周围存在多种电磁场,如射频信号、静电场等,这些场会对电路板产生干扰。
在设计PCB时,需要采取合适的屏蔽措施,以减少外界电磁场对电路板的影响。
设计人员需要通过模拟仿真和实际测试,评估电路板对电磁场的敏感性,从而确定合适的屏蔽材料和结构。
其次,对于电磁辐射和抗干扰能力也是电磁兼容性分析中的重要考虑因素。
电路板在工作时会发射电磁波,这些波可能干扰到周围其他设备的正常运行。
因此,设计人员需要通过合适的布线和接地设计,降低电路板的辐射干扰。
同时,还需要考虑电路板抗干扰能力,确保电路板能够正常工作而不受外界干扰影响。
另外,对于电磁干扰的抑制也是电磁兼容性分析的关键内容之一。
电路板内部存在不同信号线路和电源线路,它们之间会相互干扰。
电磁干扰抑制需要通过适当的布线、接地设计和滤波电路来实现。
设计人员可以通过高频电磁场仿真软件模拟电路板内部的信号传输和干扰情况,进而优化设计方案,提高电路板的抗干扰能力。
最后,电磁兼容性分析还需要考虑到 PCB 材料的选择。
不同的材料具有不同的电磁性能,如介电常数、介磁常数等。
设计人员可以根据不同的应用需求选择合适的 PCB 材料,以提高电路板的电磁兼容性。
此外,PCB 的层间和层内布局也会影响电路板的电磁性能,设计人员需要合理规划布局,减少电磁干扰。
综上所述,电磁兼容性分析在 PCB 设计中至关重要。
设计人员需要综合考虑各种因素,如电磁场的干扰和敏感性、电磁辐射和抗干扰能力、电磁干扰的抑制以及 PCB 材料的选择等,以确保电路板具有良好的电磁兼容性,从而提高设备的稳定性和可靠性。
高速电路的电磁兼容分析与设计
高速电路的电磁兼容分析与设计摘要:设计的线路板首要任务是能够正常工作,但如今PCB板的层数越来越高,厚度越来越薄,线宽、线间距等越来越小,出现电磁干扰等影响印制板的质量的因素层出不穷。
基于此主要探讨电磁兼容产生的因素、电磁兼容产生的要素并对相应的解决问题的方法进行详细分析与探讨。
关键词:电磁兼容;高速电路;电磁干扰0 引言电磁兼容性是指电气和电子系统及设备在特定的电磁环境中,在规定的安全界限内以设定的等级运行时,不会由于外界的电磁干扰而引起损坏或导致性能恶化到不可挽救的程度,同时它们本身产生的电磁辐射不大于检定的极限电平,不影响其他电子设备或系统的正常运行,以达到设备与设备、系统与系统之间互不干扰、共同可靠地工作的目的。
1 电磁兼容产生的因素(1)电阻的频率特性。
在数字电路中,电阻的主要作用在于限流和确定固定电平,在高频电路中,存在于电阻两端的高频寄生电容会对正常的电路特性造成破坏。
同样电阻的引脚电感对电路的EMC影响很大。
(2)电容的频率特性。
电容器一般应用在电源总线,它提供去耦合、旁路和维持固定的直流电压和电流的作用。
但是在高频电路中,当电路的工作频率超过了电容的自谐振频率时,其寄生电感将使电容表现为电感特性,从而失去原有的功能并影响电路的工作性能。
(3)电感的频率特性。
电感器是用来控制PCB内的EMI。
当电路的工作频率增加时,电感的等效阻抗会随着频率的增加而增大,当电路的工作频率超过电感的工作频率上限时,电感将会影响电路的正常工作。
(4)导线的频率特性。
PCB上的走线和元器件的引脚导线都有寄生电感和电容,这些寄生电感和电容会影响到导线的频率特性,从而有可能在元器件和导线之间产生谐振,致使导线成为电磁干扰的重要发射天线。
通常,导线在低频段表现为电阻特性,在高频段则表现为电感特性,因此在PCB上,导线的长度一般要求小于工作频率波长的二十分之一,以避免导线成为电磁干扰的发射源。
(5)静电。
静电放电问题已经成为电子产品的一大公害,可能给产品带来永久性的损坏,因此在产品设计中,必须采取相应的静电防护措施。
高速数字系统电路板的电磁兼容分析
高速数字系统电路板的电磁兼容分析在现今科技发展下,电路板设计不再是将各网络正确连接那么单纯。
尤其在高速数字系统电路板上电磁兼容成为必须要考虑的因素,使不同种类的网络之间不会相互干扰。
文章采用电磁兼容设计准则应用于电路布局,并且使用日本NEC 所开发的EMIStream模拟软件进行系统模拟,在设计初期就将电磁兼容问题纳入考虑,使设计能符合国际规范及一般工业标准电子产品规范的可1 高速数字系统电磁兼容的理念概述近年来科技快速的发展,各式各样的电子产品无不追求轻薄短小,而电路板的规格也趋向缩小化与多层板,如何在有限空间内进行高速数字系统电路板布局和解决电磁干扰相关问题已成为工程师重要的技术。
常见高速数字系统电路板布局须注意的事项如布线与贯孔间的串扰、元件摆放位置、电路布线的长度、贯孔对高速电路的影响,其中布线与贯孔设计最容易产生干扰问题,好的布线与贯孔设计能减少传输线间的串扰,进一步提升信号的品质。
一般传统的设计流程,在设计的过程中往往只考虑信号完整性、电源完整性,却常常忽略了高速数字系统电路板上传输线所造成的电磁干扰问题。
本文在设计的过程中加入对电磁兼容的考虑,借助当前市面上的电子设计自动化(EDA)工具,在布局前期就解决如叠层、布局规则、元件选择等影响信号完整性的问题进行模拟与分析,并且能提早有效改善设计的缺失。
借助EMIStream模拟软件来分析与控制设计流程,有效的解决高速数字系统电路板设计的信号完整性、电源完整性、电磁干扰等问题。
经过模拟与分析后,进行实际硬件电路设计与制作,并通过水平极化与垂直极化实际量测,观察电路板电磁干扰辐射情形与模拟结果进行比对与分析,以达成本文的设计方法。
2 高速数字系统电路板的电磁兼容布局模拟与实测在高速数字系统电路板模拟部分采用日本NEC所开发的EMIStream,主要为高速数字系统电路板布局后进行模拟,此外还有电源平面共振分析,能够分析高速数字系统电路板中电源与接地之间的共振情形。
PCB(高速)电磁兼容的设计研究(精华)
2 电源VCC和GND的设计(6/19)
电源总线靠近信号线 有时候,设计者不得不使用双层板,不能使用电源平面而要用电源
总线。即使如此,将电源总线靠近信号线也同样能够减小回路的尺寸。 地线总线应该跟随着板子另一面的最敏感的那条信号线(下图)。
2 电源VCC和GND的设计(7/19)
¾
尽管电源平面方案比总线方案更优,但是设计者的失误仍然可能使得这些优
电解电容 玻璃封装陶瓷电容
陶瓷电容
2 电源VCC和GND的设计(5/19)
旁路电容的放置(a. 旁路电容的典型放置 b. 推荐的旁路电容放置)
为达到良好的性能,应该 使芯片与电容在同一点上 接VCC和接地。一个表贴 电容在b)图位置获得比较 好的工作效果。
电源回路与噪声
结论:在电源回路没有 办法减小的时候,必须 设法减小单个IC的供电 回路。
电源和接地结构中的共耦合阻抗控制
器件一的噪声:
如果器件二中消耗的电流比器 件一多,且电源的阻抗可以忽 略的话,则器件一上总的噪声 电压为:
为了在电源分配系统中找到使共地阻抗最小的方案,则供电和接地回路 的电感必须考虑。以下为各种结构电感的计算公式:
其中,s=导体长度(m),w=导体 宽度(mm),h=接地平板 上方的高度(cm),d=导体直径 (mm),L=电感(H),
2 电源VCC和GND的设计(10/19)
接地的目的有两个:
(1)安全地(包括对雷电及静电放电的防护) (2)信号电压参考地 PCB的制作中,接地就是其中的第二个目的。 信号电压参考地为电气系的典型值必须小于几毫伏。在信号电压之间几乎没有严格设置的连接可以 使产品符合或不符合EMC规范。
遵循20H原则,可以将电源对附近电路的耦合降低70%左右,当这 个距离为100H时,几乎可以降低耦合98%。其中H为电源和底层的距 离,一般为0.006in,那么20H也就是0.12in。
PCB板层设计与电磁兼容性研究
PCB板层设计与电磁兼容性研究【摘要】PCB板层设计在电子设备中起着重要作用。
本文通过研究PCB板层设计原理与方法,介绍了电磁兼容性概念,并分析了PCB板层设计对电磁兼容性的影响及影响因素。
结合相关研究进展,揭示了PCB板层设计与电磁兼容性的关键问题,展望了未来研究方向。
通过对研究背景、研究目的和研究意义的探讨,总结了本文的研究结论。
研究表明,合理设计PCB板层能够提高电磁兼容性,降低干扰影响,对电子设备的性能和稳定性具有重要意义。
展望未来,进一步深入研究PCB 板层设计与电磁兼容性的关系,将有助于优化电子设备的设计和生产。
【关键词】PCB板层设计、电磁兼容性、原理与方法、影响因素分析、研究进展、关键问题、未来研究方向、结论总结1. 引言1.1 研究背景PCB板层设计与电磁兼容性研究旨在探讨在电子设备中,PCB板层设计对电磁兼容性的影响及相关因素。
随着电子设备的不断发展,尤其是高频高速数字电子设备的广泛应用,电磁兼容性问题变得日益突出。
在PCB板层设计中,如何合理布局电路层、地层和屏蔽层,以减小电磁辐射和提高免疫性,成为了亟待解决的难题。
PCB板层设计原理与方法是电磁兼容性研究的核心内容,通过合理的设计可以有效降低电磁干扰和提高设备的抗干扰能力。
深入理解电磁兼容性的概念,对于指导PCB板层设计工作具有重要意义。
本研究旨在深入探讨PCB板层设计原理与方法,结合电磁兼容性概念,分析其影响因素,总结相关研究进展,为解决PCB板层设计与电磁兼容性问题提供重要参考。
部分将对电子设备中的PCB板层设计与电磁兼容性问题进行深入剖析,为后续研究提供理论基础。
1.2 研究目的研究目的是为了探讨PCB板层设计与电磁兼容性之间的关系,明确PCB板层设计对电磁兼容性的影响机制,为提高电子产品的抗干扰能力提供理论支持和技术指导。
通过研究PCB板层设计原理与方法,深入理解电磁兼容性概念,分析PCB板层设计对电磁兼容性的影响,并进一步探讨影响因素,为提高电路板的抗干扰能力提供技术支持。
PCB布线与电磁兼容性优化设计研究
PCB布线与电磁兼容性优化设计研究概述PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)作为电子设备中起连接传导作用的重要组成部分,其布线设计对于保证电路稳定性和电磁兼容性至关重要。
本文将围绕电磁兼容性优化设计展开研究,介绍相关背景知识,并探讨实际的优化方法和技术。
1. PCB布线设计与电磁兼容性的关系PCB布线设计的合理与否直接影响到电磁兼容性的好坏。
布线设计应考虑以下几个方面:1.1 信号完整性:高速信号线的差分布线、阻流器的布置以及噪声的抑制都涉及到信号的完整性。
通过选择合适的布线规则、考虑地线的设计以及绕线技巧等手段,可以有效提高信号完整性,减少电磁干扰。
1.2 地线设计:地线的设计对于电磁兼容性至关重要。
合理布置地线可以减少回流电流的路径,防止电流环的产生,从而减少电磁辐射。
1.3 端口设计:良好的端口设计可以降低信号的反射和传输损耗,减少串扰和辐射噪声。
1.4 输电线路和高频布线:通过合理选择线宽、线间距和层次规划等布线技术,可以降低损耗和串扰,提高电磁兼容性。
1.5 绕线技巧:对于高速信号和敏感信号,合理绕线可以避免信号的串扰和辐射。
综上所述,布线设计应与电磁兼容性的要求相匹配,即合理布线设计能够降低电磁辐射和干扰,提高电路的稳定性和电磁兼容性。
2. PCB布线优化的方法和技术为了实现PCB布线的优化,以下是一些常用的方法和技术:2.1 线宽和线间距的优化:通过合理选择线宽和线间距,可以降低信号线的阻抗,减少信号的传输损耗和串扰。
2.2 线的层次规划:多层PCB能够提供更多的布线空间,适当的线的层次规划可以减少接地回路的面积,减少电磁辐射。
2.3 地线布局与连接:合理布置地线和连接,可以降低回流电流路径的面积,减少电磁干扰。
2.4 端口设计:合理的端口设计可以提高信号的完整性,减少传输损耗和串扰。
2.5 绕线技巧:通过合理绕线,可以减少信号的串扰和辐射。
2.6 滤波器的设计:在布线中加入滤波器可以有效抑制噪声和干扰。
PCB电磁兼容仿真分析及预测
编号:毕业设计(论文)说明书课题:PCB电磁兼容仿真分析及预测院(系):专业:学生姓名:学号:指导教师单位:姓名:职称:题目类型:☐理论研究☐实验研究☐工程设计☑工程技术研究☐软件开发摘要随着电子整机产品朝着集成化、小型化、轻型化的方向发展,PCB印制线的布线密度急剧增加;另外,电子信号的传输频率越来越高,导致PCB线与线、层与层之间的电磁耦合作用大大增强,不合理的布局会造成各种电磁干扰加剧。
因此如何对PCB进行合理布局,提高其电磁可靠性尤为重要。
而解决PCB布线的EMC问题最有效的方法就是对其进行电磁兼容预测,通过预测调整不合理的布局布线,把产品的电磁兼容问题解决在产品定型之前,可以节约大量的时间和金钱,也是加强电子整机可靠性,提高产品竞争力的必要环节。
本文以通信整机某开关电源PCB作为研究对象,进行了PCB电磁场仿真分析及预测的研究,具体实现方法是采用多种商用软件相结合进行分析。
主要工作包括:首先分析了通信整机开关电源的电磁干扰特性,采用Protel DXP对该电路的印制电路板进行了布局布线,得到了该通信整机开关电源在多种布线布局下的物理模型。
其次,针对以往PCB的电磁干扰分析大都是从路的方法来解决的,本文从场的角度,基于PCB板级电磁干扰机理,建立了PCB的电磁场分析模型,得到了PCB的电磁场分布,可根据其结果对PCB上元件布局进行指导;还针对布局对PCB电磁干扰的影响,对不同元件布局下的电磁分布进行了分析。
通过对通信整机某开关电源PCB电磁场的仿真,得到该PCB近场电磁场的分布情况,从而可有效对PCB上器件布局进行合理指导。
同时,本文所采用的仿真方法对其他电子产品PCB的电磁兼容仿真分析具有一定的借鉴意义。
关键词:印制电路板;电磁兼容;仿真;分析AbstractAs the electronic equipment is developing to integration, miniaturization, Lightweight, the density of routing in PCB wire have increased quickly. Moreover, as the frequency of circuits becomes higher and higher, the electromagnetic coupling between the lines and between the layers of PCB has been greatly enhanced, unreasonable layout will cause various electromagnetic interference intensified. So the rational PCB layout to improve its reliability is particularly important. And the most effective solution of solving PCB EMC problem is making electromagnetic compatibility forecast, by the forecast,unreasonable layout of the wiring could be adjusted. The predicting of EMC may solve the EMC problem before the products being made, it may save a mass of time and money, and it is an important way could be used to improve the reliability of electronic equipment and the ability of competition.This paper is take a communications unit switching power PCB as the study object, the PCB electromagnetic simulation analysis and forecast are carried out. A variety of business integration software is used to achieve the analysis and forecast. The main works include: First, the character of electromagnetic compatibility of the circuit is analyzed. Protel DXP is used on the circuit printed circuit board layout and the wiring, and the circuit wiring layout in a variety of models were gotten.Secondly, as the past electromagnetic interfere analysis of PCB was carried out from circuit method finally; in this paper, based on the theory of electromagnetic interfere for the PCB, the electromagnetic analyzing model of the PCB was built. The electromagnetic distribution of the whole PCB was obtained, which has significance guidance to components layout on PCB. And the electromagnetic distribution under different layouts of component was also analyzed.By the simulation of the switching power PCB of the communications unit, the distribution of electromagnetic near-field were gotten,thus effectively reasonable guidance was given on the PCB layout. And, this paper used in the simulation of other electronic products PCB EMC simulation analysis with a reference.Key words:Printed Circuit Board; Electromagnetic compatibility; Simulation; Analysis目录引言 (1)1 绪论 (1)1.1 课题背景及研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究动态 (2)1.2.1国外研究动态 (2)1.2.2国内研究动态 (3)1.3 本论文的主要研究工作 (3)1.4 本论文的结构安排 (3)2 电磁兼容预测基本理论 (4)2.1 电磁干扰基本概念 (4)2.2 电磁兼容预测定义 (4)2.3 电磁兼容预测分类 (4)2.3.1传导骚扰 (5)2.3.2辐射骚扰 (5)2.3.3感应骚扰 (5)2.4 电磁兼容预测内容 (5)2.5 电磁兼容预测的意义 (5)2.6 电磁干扰预测中的主要算法 (6)2.6.1场的方法 (6)2.6.2 路的方法 (9)2.6.3 场路结合 (10)2.7 本章内容小结 (10)3 通信整机中某开关电源电磁干扰机理 (11)3.1 开关电源EMI及其特点 (11)3.1.1开关电源EMI介绍 (11)3.1.2开关电源EMI特点 (11)3.2 开关电源电磁干扰机理分析 (11)3.2.1电磁干扰的三要素 (11)3.2.2通信整机开关电源电磁干扰分析 (12)3.3 抑制PCB干扰主要技术 (13)3.4 本章内容小结 (13)4 基于Protel DXP的PCB物理模型建立 (14)4.1 设计软件介绍 (14)4.2 PCB基本参数设计 (14)4.2.1叠层的设计 (15)4.2.2印制电路板的外形尺寸 (15)4.2.3印制电路板基板的选择 (15)4.3 印制电路板设计 (16)4.3.1建模 (16)4.3.2布局 (17)4.3.3布线和规则检查 (17)4.3.4布线分析 (20)4.4 本章内容小节 (20)5 基于Ansoft Designer的PCB电磁场仿真分析 (21)5.1 有限元电磁场分析软件Ansoft Designer简介 (21)5.2 PCB电磁场仿真分析流程 (21)5.3 电源PCB电磁场仿真分析 (22)5.3.1前期准备 (22)5.3.2在Ansoft Designer中生成用于仿真的实体模型 (22)5.3.3设定解析条件 (25)5.3.4基板电磁场近场仿真结果 (25)5.3.5结果分析 (31)5.4 不同元件布局下的PCB电磁场仿真分析 (31)5.5 本章内容小结 (33)6 结论 (34)谢辞 (35)参考文献 (36)引言科技的发展使得各种行业都必须大量采用电子或电气设备,例如通信、电力输配系统、自动化工程、计算机技术、医疗器材、测量仪器等。
PCB设计中的电磁兼容性浅析论文
PCB设计中的电磁兼容性浅析论文PCB设计中的电磁兼容性浅析论文随着信息化技术的发展,电子产品的数量及种类不断增加,其功能和速度也在不断提高,使印制电路板(PCB)电子器件密度越来越大,走线越来越宰,信号频率越来越高,不可避免地会引入电磁兼容性(EMC-Electro magnetic Compatibility)的问题。
产品电磁兼容性能的高低,已经成为衡量电子产品与系统质量的一个重要指标。
在保持系统功能的情况下,通过PCB设计和布置可从根源上消除电磁干扰并提高其抗扰度;反之,若设计不当,则将使载有小功率、高精度、快速逻辑,或连接到高阻抗终端的一些导线受到寄生电感或介质吸收的影响,致使PCB板发生EMC问题。
任何电磁兼容问题都包含三个要素,即辐射源,耦合路径,敏感设备。
因此,在解决电磁兼容问题时,也要从这三方面着手进行分析,进而采取适当的措施消除或减小电磁干扰。
1 PCB设计与布线技术1.1元器件布局元器件布局时,注意以下几点可以避免出现许多的电磁兼容问题:1.发热元件远离关键集成电路。
2.某些敏感器件例如锁相环,对噪声干扰特别敏感,它们需要更高层次的隔离。
解决的方法是在敏感器件周围的电源铜箔上蚀刻出马蹄形将能得到良好的隔离性。
该期间使用的所有信号进出都通过狭窄的马蹄形根部的开口。
噪声电流必然在开口周围经过而不会接近敏感部分。
使用这种方法时,确保所有其它信号都远离被隔离的部分。
这种设计方法可以避免能够引起干扰的噪声信号的产生。
3.连接器及其引脚应根据元器件在板上的位置确定。
所有连接器最好放在印制板的一侧,尽量避免从两侧引出电缆,以便减小共模电流辐射。
4.高速器件(频率大于10兆赫或上升时间小于2ns的器件)在印刻电路板上的走线尽可能短。
5.I/O驱动器应紧靠连接器,避免I/O信号在板上长距离走线,耦合不必要的干扰信号。
1.2确定PCB走线形式PCB走线形式对信号的传输会产生很大的影响,直角走线一般是PCB布线中要尽量避免的情况。
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东南大学硕士学位论文高速PCB板的电磁兼容性设计及仿真分析姓名:李富同申请学位级别:硕士专业:电力电子指导教师:余海涛;秦伟芳20070410东南大学硕士学位论文环境的污染和无线电频谱资源的影响,世界各国制定了相关的电磁兼容标准、法律法规来限制产品的电磁辐射问题,不符合标准要求的产品不允许在市场中销售,即电磁兼容认证,这也逐渐成了限制别国产品进入本国市场的技术贸易壁垒。
欧盟于1989年5月3日颁布了电磁兼容性指令(89/336/EEc)。
指令严格规定,凡不符合指令要求的产品,一律禁止进入欧盟市场或投入使用。
1991年4月、1992年4月和1993年7月,欧盟又先后三次对该指令进行修改。
最近,欧盟在89/336/EEC及其修改件的基础上对电磁兼容技术法规内容再一次作了较大幅度的修改和调整,并于2004年12月31日重新颁布了新的电磁兼容性指令(2004/108/F_贮),该指令将逐步取代89/336/EEC。
指令所有电子产品必须通过电磁发射测试和电磁抗扰度测试并按要求加贴CE标志才可以欧盟市场中销售,没有CE标志的,不得上市销售,已加贴CE标志进入市场的产品,发现不符合安全要求的,要责令从市场收回,持续违反指令有关CE标志规定的,将被限制或禁止进入欧盟市场或被迫退出市场。
欧盟电磁兼容标准的执行及过渡时间如下表所示:图1-3欧洲电磁兼容标准执行情况西方一些发达的国家如美国、加拿大、日本等国也提出实施EMC指令的要求,并且实施这一指令的要求也正在向世界各国延伸,将成为世界各国的共同要求。
所以不通过电磁兼容性能试验的设备、产品是无法进入国际市场,它是电子设备进入国际市场的通行证。
我国也于2003年开始实施强制性的产品认证,在认证规定之内的产品必须在指定测试机构通过相应电磁兼容和安全标准的测试并在产品上贴加“CCC”标识,方可在市场中销售。
东南大学硕士学位论文且近年来全球电磁兼容认证的要求也不断变化,世界各国都逐渐采用IEC及CISPR出版制定的EMC的标准来要求市场上的电子产品,如下表所示12】:电磁兼容要求的扩大199219931994199519961997199819992000200120022003.2006FCCFCCFCCFCCFCCFCC∞CFCCDOCFCCDOCFCCDOCFCCDOCFCCDoCFCCDoCTWTuvTWTUvTWTWTWTWTWTUVTWTWNEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKONEMKoVDEVDEVDEfCECECECECECECECEC£CEMPR¨.MPR¨。
MPRII/1"TCO92TCO920TC095TCO9.50TCO950TCO950lTCO950lTCO950rGOSTGOSTGOSTTCO95GOSTTCO99TCO99TCO99TCO∞TC099VCaEZUEZUGOSTEZUGOSTGOSTGOSTGOSTGOSTVCClPC8CEZUPCBCEZUEZUEZUEZU旺UVCCIPCBCSVNPCBCPCBCPCBCPCBCPCBCRRLSVNEVPUSVNSVNSVNSVNSVNSABSEVPUME日EVPUEVPUEVPUEVPUEVPUAmericasMEEICClBMEEIMEEIMEElMEEIME日Europe&centraIA‘iaC.TICKC.TlCKCC旧CC旧S¨S¨S¨AsiaPacificBCIQBCIQC.TlCKC.TICKCCIBCCIBCCCAfricaVCaBSMIBSMIBSMICjTICKC-TICKC-TICKRRLVCCIVCClVCaBSMlBS圳BS圳SA盼肌LRRLRRLvcavcCIvccISABSSABSSABSM虻MICMICSA8SSABSS^BS图l_4世界上各地区电磁兼容要求在一全球销售的消费类电子产品中,应包括各个国家相关电磁兼容及安全认证标识才可以全球市场中销售。
如下图所示12]:图1.5全球认证标识东南大学硕士学位论文1.4本课题的意义1.4.1电磁兼容设计在产品研发流程中的重要性如前所述,在现代高速数字电路设计中,EMC是一个重要的设计要求,由于EldC与电路设计、PC8布线密切相关,故应在产品设计前期就认真考虑EMc的要求,并应尽可能早的发现问题的根源以避免产品定型后返工带来成本的快速上升和时间的延误。
国外有一句话非常形象的描述了电磁兼容性问题,“ThereisNeverTimetodoitRighfJbutThere括AlwaysTimetoitOver”.当项目完成产品设计后,进行电磁兼容测试,准备将产品推向市场,却发现无论用什么办法总是通不过测试,离最后限期越来越近,总没有时间来解决它,要不断推迟计划,花时间来解决电磁兼容问题。
电磁兼容性问题是--1"7实践性很强的技术,阅读大量的理论知识并不能解决问题,也并不能简单的将电磁兼容理解为接地、屏蔽、滤波。
电磁兼容问题是电路设计之外的因素所产生的,与电路功能,性能无关,因此电路设计工程师很少去关注,在发生问题时大多数情况下也无从下手,在国外也将电磁兼容问题看成是一个黑盒子,很神秘,解决EMC问题是一个魔术。
随着科技不断的发展,电路工作频率越来越高,时钟的上升下降沿越来越陡峭,导致EMc的问题也越来越复杂,如CPIJ的工作时钟目前已发展至4C,Hz以上且集成度越发提高.由此所带来的EMc设计挑战加大。
在消费品电子市场特别是IT产业,激烈竞争使得成本压力上升,甚至要仔细审查制造物料和人工每一分钱成本,在如此的情况之下,根本没有余地去考虑在产品研发后期所产生的EMc的问题。
所以在产品研发流程后期产生EMc的问题是不能容忍的.每台计算机用于EMC研发及测试费用的变化嘲1995199619972001I¥3500¥4800¥7500¥18,500图1-6“频率上升趋势和脚C研发测试费用变化下图表明在产品研发流程中解决电磁兼容问题费用/措施与时间变化的关系。
1:图2-1最终验证测试的配置图2-2标准lO法半电波暗室(上海市计量测试研究院)图2-3电磁辐射测试系统(上海市计量测试研究院)东南大学硕士学位论文2.2工程对比测试如前所述,最终取证测试是用于考虑产品是否符合电磁兼容标准及法律法规要求的手段,而当产品设计有问题,无法通过最终取证测试时,就需要用到工程对比测试进行调试、解决问题并可验证措施的有效性。
与最终取证测试不同,工程对比测试所关注的不是所测量电磁干扰的绝对准确性,而是电磁干扰信号的变化量。
即在一定的场所(可以是实验室,开阔场等任何场所,不必过分担心背景噪声),使电磁发射超标的被测试设备正常工作,在适当的距离用宽带接收天线与频谱分析仪(或EMI接收机)接收EUT所发出的电磁干扰场强值,记录下作为基准,然后对被测设备进行整改,加上相应措施,再次在相同的条件下进行测试其电磁辐射值,与之前基准作比较,就可以判断措施是否有效。
测试配置如下图所示:E4445A频谱分析仪(31tz.-13.5Gllz)\厂厂]l被试设备lll1........................_J图2-4工程对比测试设置工程对比测试是在电磁兼容调试解决问题时最为常用的方法,因为它简单易行,要求简单,不需要昂贵的电波暗室及相应的测试系统,也不需要担心背景噪声的影响,只需要天线和频谱仪(或高频示波器),就可以找到解决EMC辐射问题的办法。
在本课题中工程对比测试所用到的测试仪器为:安捷伦科技公司的PSAE4445A(3I-Iz-13.5GHz)高性能示波器EMC03140对数周期天线图2-5工程对比测试图一系统时钟频率超过50MHz一采用了上升,下降时间少于5ns的器件一数字/模拟混合电路3.3信号边沿速率对电磁辐射场强的影响数字信号中过冲,高频振荡和快速的上升/下降沿(信号完整性)使得时钟信号中包含着丰富的高频谐波分量,快速的切换时间将导致回流、串扰、振铃和反射的问题,对电磁辐射有着重要的影响。
案例分析l:(1)如在一PCB电路板(第一版LPl)的布线条件下,图3-3PCALPl板其中白线为一时钟信号线,为一电磁辐射源,此信号线为3.3V的时钟信号,由FPGA经74ACT转为5v后至A/D转换器ADSl251,提供时钟转换频率,为6.25MHz,经74ACT后,时钟信号波形为图3—4所示:其基频为6.25MHz,信号上升时间1.5¥ns,下降时间1.72ns.并且此信号波形存在严重振荡和过冲且上升沿及下降沿极快。
(测试场地为:上海计量测试研究院一符合国际标准的lO法电波暗室中测试,天线垂直极化)。
测试情况参见图3-5。
其对外电磁辐射测试结果见图3.6。
图34信号波形1图3-5测试设置图图3-6PCBLPIHCT辐射测试结果为验证信号的边沿速率与对外电磁辐射的关系,在电路板上更换相应的元器件(对74ACT更换为74HCT,降低其上升及下降沿,减少振荡,器件更换后,用示波器观察到的波形为,上升沿为6.13ns,下降沿为4.96ns,且无明显过冲。
见图3—7所示。
图3-7信号波形2在同样测试条件下,在10米法电波暗室中对外电磁辐射测试结果见图3-8。
图3-8PCALPI板HCT辐射测试结果两者测试结果对比情况如图3-9所示图3-9PCALPl板ACT与HCT辐射结果对比由对比图可以看出,仅改变信号的上升下降的时间,在许多辐射频率点其对外电磁辐射强度降低近15dB(150一300姗z)。
东南大学硕士学位论文案例分析2:对此电路结构进行重新布线,改变PcB电路板的布线结构为LP2,如下图3—10所示,与LPl相比电路原路,器件完全相同,仅改变器件布置与地平面。
图3.10PCA板LP2在图中信号线中所走的信号见图3.1l,上升沿1.8145ns,下降沿为1.8888ns。
图3一11信号波形3图3.12信号波形4将PCB板放在10法电波暗室中进行测试,对外辐射测试结果为见图3.13,将高速器件74ACT换成74HCT,信号的上升沿与下降沿时间降低为6.13ns和4.963ns.,对外电磁测试结果见图3·14。
两者对比分析参见图3一15。
东南大学硕士学位论文图3—13PCALP2板ACT辐射测试结果图3-14PCALP2HCT辐射测试结果图3—15PCALP2板ACT与HCT辐射结果对比东南大学硕士学位论文图4-6信号层间跳变与地孔虽然产生共模电流的原因多种多样,并且很难预测,但是所有的共模电流都来自有意义的信号电流,这一点是100%正确的。
这就是说,在Pc机的线路板上的某处,有用的信号常常在无意中产生了麻烦的共模电流。