EMC设计经验分享之线路板EMC设计技术
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基础知识
共模电流和差模电流的磁场分布
差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之 内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消；而共模电流 的磁场，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相 同，磁场强度反而加强。
这个概念非常重要，PCB的很多EMC设计都遵循这个规 则。
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特性阻抗： 传输延迟： 对FR-4材料（εr在4.5~5之间），w ≈ h/8，特性阻
抗75Ω；w ≈ h/3，特性阻抗50Ω。传输延迟大约为 190ps/inch。
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基础知识
微带线和带状线的比较
微带线的传输延时比带状线低。 微带线位于表层，直接对外辐射，带状线位于内层，
问题。
耦合途径
干扰源
敏感设备
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常见EMC测试项目
EMC：电 磁兼容性
EMI：电磁 干扰
EMS：电 磁敏感
RE CE Harmonics Flicker
辐传
Hale Waihona Puke Baidu
谐
射导
波
发发
电
闪 烁
射射
流
RS CS ESD 辐传 静 射导 电 抗抗 抗 扰扰 扰 度度 度
第3页/共91页
EFT/B 电 快 速 瞬 变 脉 冲 群
目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术 三、关键电路EMC设计
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EMC定义
EMC：Electromagnetic compatibility， 电磁兼容性
EMC定义：在同一电磁环境中，设备能够 不因为其他设备的干扰影响正常工作，同时 也不对其他设备产生影响工作的干扰。
EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC
静电波形及参数
Tr约为0.7至1ns，因上升时 间非常短，根据傅利叶变 换，其产生干扰的频率可 以延伸至500MHz。
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EMI（AV产品）
电源线端的传导骚扰：150KHZ~30MHZ
吸收钳法测骚扰功率：30MHZ~ 300MHZ
辐射发射
： 30MHZ~ １ＧHZ
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A为差模电流环路面积； f为差模电流频率； r为测试点距离差模环路的距离。
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基础知识
总结：在线路板上抑制干扰的途径有：
1、减小差模信号回路面积；
2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；
3、减小共模电压（接地设计）。 在PCB的EMC设计中，上述的1、3点是PCB
EMC设计的关键目的。
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PCB设计原则
【设计原则】：对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号 线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所 在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。 信号回路 地层 关键布线层 地层
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基础知识
微带线和带状线
微带线 微带线是贴附在介质平面，并直接暴露于空气中。
特性阻抗： 传输延迟： 对FR-4材料（εr在4.5~5之间），w ≈ h，特性阻抗
75Ω；w ≈ 2h，特性阻抗50Ω。传输延迟大约为 142ps/inch。
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基础知识
带状线 带状线是在两个导电平面结构中被介质材料所包围的 传输线。
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目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术
１、基础知识 ２、 PCB设计原则
３、案例分享 三、关键电路EMC设计
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PCB设计原则
【设计原则】：时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于 5ns时，一般需要使用多层板设计。
【原理分析】：采用多层板设计时，信号回路面积能够 得到很好的控制。
有参考平面屏蔽。 微带线可见，便于调试，带状线不可见，调试不方
便。 对于带状线，由于其夹在两平面之间，其辐射途径
得到较好的控制，其主要对外传播途径为传导，即 我们需要重点考虑提其供电过程中的电源、地的纹 波以及与相邻走线之间的串扰。 对于微带线，除传导途径外，其自身对外的辐射对 EMC指标至关重要。
/
DIP/i 电 压 跌 落 短 时 中 断
PMS 工 频 磁 场 抗 扰 度
surge 浪 涌 抗 扰 度
ESD：Electrostatic discharge
ESD：静电放电，考察设 备在接收外界静电源（如 带电人体、带电设备等） 所产生的直接放电或静电 场干扰时的抵抗能力。
测试标准：IEC 610004-2。
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目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术 三、关键电路EMC设计
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目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术
１、基础知识 ２、 PCB设计原则
３、案例分享 三、关键电路EMC设计
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基础知识
差模电流和共模电流
关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射， 而非电压”。静态电荷产生静电场，恒定电流产生 磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。
产品EMC设计
系统设计：在产品进行系统设计时就应该开始考虑ＥＭＣ 设计。
结构ＥＭＣ设计：包括布局设计、屏蔽设计、接地设计、 滤波设计等。
设计原则：１、能屏蔽的尽量屏蔽；２、金属件一定要充分接 地；３、在布局设计时要尽量减少减短互连电缆线; 4、缝隙要 尽量小,敏感电路离缝隙尽量远等。
线路板ＥＭＣ设计：接下来我们要重点讨论学习的。
在任何电路中都存在共模电流和差模电流。
一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信 息）。共模模式是差分模式的负面效果。
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基础知识
差模电流 大小相等，方向（相位）相反。
由于走线的分布电容、电感，信号走线阻抗不连续， 以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电 流会转换成共模电流。
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基础知识
共模电流 大小不一定相等，方向（相位）相同。
设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但是 共模干扰强度常常比差模强度的大几个数量级。
外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不 会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰， 干扰就严重了，因为有用信号都是差模干扰。
基础知识
差模辐射和共模辐射模型
差模 辐射
id
共模 辐射
ic
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基础知识
差模辐射和共模辐射场强计算公
式
共模辐射场强： E 1.26 I L f / r
其中，I为共模电流强度；
L为共模电流路径长度；
f为共模电流频率；
r为测试点距离共模路径的距离。
差模辐射场强： E 2.6 I A f 2 / r 其中，I为差模电流强度；
基础知识
共模电流和差模电流的磁场分布
差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之 内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消；而共模电流 的磁场，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相 同，磁场强度反而加强。
这个概念非常重要，PCB的很多EMC设计都遵循这个规 则。
第12页/共91页
特性阻抗： 传输延迟： 对FR-4材料（εr在4.5~5之间），w ≈ h/8，特性阻
抗75Ω；w ≈ h/3，特性阻抗50Ω。传输延迟大约为 190ps/inch。
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基础知识
微带线和带状线的比较
微带线的传输延时比带状线低。 微带线位于表层，直接对外辐射，带状线位于内层，
问题。
耦合途径
干扰源
敏感设备
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常见EMC测试项目
EMC：电 磁兼容性
EMI：电磁 干扰
EMS：电 磁敏感
RE CE Harmonics Flicker
辐传
Hale Waihona Puke Baidu
谐
射导
波
发发
电
闪 烁
射射
流
RS CS ESD 辐传 静 射导 电 抗抗 抗 扰扰 扰 度度 度
第3页/共91页
EFT/B 电 快 速 瞬 变 脉 冲 群
目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术 三、关键电路EMC设计
第1页/共91页
EMC定义
EMC：Electromagnetic compatibility， 电磁兼容性
EMC定义：在同一电磁环境中，设备能够 不因为其他设备的干扰影响正常工作，同时 也不对其他设备产生影响工作的干扰。
EMC三要素，缺少任何一个都构不成EMC
静电波形及参数
Tr约为0.7至1ns，因上升时 间非常短，根据傅利叶变 换，其产生干扰的频率可 以延伸至500MHz。
第4页/共91页
EMI（AV产品）
电源线端的传导骚扰：150KHZ~30MHZ
吸收钳法测骚扰功率：30MHZ~ 300MHZ
辐射发射
： 30MHZ~ １ＧHZ
第5页/共91页
A为差模电流环路面积； f为差模电流频率； r为测试点距离差模环路的距离。
第14页/共91页
基础知识
总结：在线路板上抑制干扰的途径有：
1、减小差模信号回路面积；
2、减小高频噪声电流（滤波、隔离及匹配）；
3、减小共模电压（接地设计）。 在PCB的EMC设计中，上述的1、3点是PCB
EMC设计的关键目的。
第20页/共91页
PCB设计原则
【设计原则】：对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号 线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所 在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。 信号回路 地层 关键布线层 地层
第15页/共91页
基础知识
微带线和带状线
微带线 微带线是贴附在介质平面，并直接暴露于空气中。
特性阻抗： 传输延迟： 对FR-4材料（εr在4.5~5之间），w ≈ h，特性阻抗
75Ω；w ≈ 2h，特性阻抗50Ω。传输延迟大约为 142ps/inch。
第16页/共91页
基础知识
带状线 带状线是在两个导电平面结构中被介质材料所包围的 传输线。
第18页/共91页
目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术
１、基础知识 ２、 PCB设计原则
３、案例分享 三、关键电路EMC设计
第19页/共91页
PCB设计原则
【设计原则】：时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于 5ns时，一般需要使用多层板设计。
【原理分析】：采用多层板设计时，信号回路面积能够 得到很好的控制。
有参考平面屏蔽。 微带线可见，便于调试，带状线不可见，调试不方
便。 对于带状线，由于其夹在两平面之间，其辐射途径
得到较好的控制，其主要对外传播途径为传导，即 我们需要重点考虑提其供电过程中的电源、地的纹 波以及与相邻走线之间的串扰。 对于微带线，除传导途径外，其自身对外的辐射对 EMC指标至关重要。
/
DIP/i 电 压 跌 落 短 时 中 断
PMS 工 频 磁 场 抗 扰 度
surge 浪 涌 抗 扰 度
ESD：Electrostatic discharge
ESD：静电放电，考察设 备在接收外界静电源（如 带电人体、带电设备等） 所产生的直接放电或静电 场干扰时的抵抗能力。
测试标准：IEC 610004-2。
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目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术 三、关键电路EMC设计
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目录
一、EMC概述 二、线路板EMC设计技术
１、基础知识 ２、 PCB设计原则
３、案例分享 三、关键电路EMC设计
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基础知识
差模电流和共模电流
关于辐射的一个重要基本观念是“电流导致辐射， 而非电压”。静态电荷产生静电场，恒定电流产生 磁场，时变电流即产生电场又产生磁场。
产品EMC设计
系统设计：在产品进行系统设计时就应该开始考虑ＥＭＣ 设计。
结构ＥＭＣ设计：包括布局设计、屏蔽设计、接地设计、 滤波设计等。
设计原则：１、能屏蔽的尽量屏蔽；２、金属件一定要充分接 地；３、在布局设计时要尽量减少减短互连电缆线; 4、缝隙要 尽量小,敏感电路离缝隙尽量远等。
线路板ＥＭＣ设计：接下来我们要重点讨论学习的。
在任何电路中都存在共模电流和差模电流。
一般来说，差分模式信号携带数据或有用信号（信 息）。共模模式是差分模式的负面效果。
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基础知识
差模电流 大小相等，方向（相位）相反。
由于走线的分布电容、电感，信号走线阻抗不连续， 以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电 流会转换成共模电流。
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基础知识
共模电流 大小不一定相等，方向（相位）相同。
设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但是 共模干扰强度常常比差模强度的大几个数量级。
外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不 会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰， 干扰就严重了，因为有用信号都是差模干扰。
基础知识
差模辐射和共模辐射模型
差模 辐射
id
共模 辐射
ic
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基础知识
差模辐射和共模辐射场强计算公
式
共模辐射场强： E 1.26 I L f / r
其中，I为共模电流强度；
L为共模电流路径长度；
f为共模电流频率；
r为测试点距离共模路径的距离。
差模辐射场强： E 2.6 I A f 2 / r 其中，I为差模电流强度；