EMC设计和案例分析精讲

信号频率与干扰频率一致，不能采用滤波；
频率提高，布线、屏蔽体、机箱等成为天线；
高频信号耦合到电缆，由电缆发射；
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2.电磁兼容性的应对策略
用屏蔽能解决所有的EMC问题？
设计最后阶段解决EMC 问题的唯一办法是：
屏蔽和滤波
这种对策的结果是：
有利于通过EMC，但是会 恶化内部干扰，影响设 备稳定性，增加抗干扰 的要求。
感Hale Waihona Puke 失效2020/6/55
1.电磁兼容性的基本原理
电磁兼容（EMC）的三要素：
干扰源：
全局时钟信号，高速芯片输出，系统总线，大电流、 高电压的高频信号。
耦合机制：
空气，电路板介质，布线环路，线间电容耦合，直 接连接。
敏感系统：
高阻输入线，模拟小信号，锁相环电路，高频、中 频信号放大。
屏蔽策略的隐患：
机箱及屏蔽材料的变形 及损坏，产生电磁泄漏。
思考？
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2.电磁兼容性的应对策略
EMC对策新理念：
系统工程 师全部把 握的体现
EDA工程 师设计经 验的体现
电子工程 师设计水 平的体现
为什么我们 总是停留在 这个层次？
思考？
Tips：对EMI产生和抑制机理有的充分认识是关键。
四层板一般总厚度（上下薄膜、中间板基型）：1.58mm（62mil）， 中间厚度：0.9mm（35mil）
上下薄层厚度：0.33mm（14mil），铜皮厚度：0.05mm（2mil）
技术讲座系列
EMC设计和案例分析
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EMC设计和案例分析
本期交流内容：
1.电磁兼容性的基本原理 2.电磁兼容性的应对策略 3.电磁兼容案例分析
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1.电磁兼容性的基本原理
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1.电磁兼容性的基本原理
一般周期的数字信号 周期信号相对应的频
时域波形：
线径W越宽，距电源/地铜皮距离h越近，或隔离层 的介电常数e越高，特征阻抗Z0就越小。
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗——线宽均匀
微带线跟线宽的关系
双面板的微带线模型关键参数：板厚h，铜皮厚度t，线宽W和介电 常数εr 。
双面电路板一般厚度：1.68mm（66mil），铜层厚度：0.05mm （2mil）；
2.电磁兼容性的应对策略
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2.电磁兼容性的应对策略
传统EMC对策
探测 火苗
查找EMI问题的方法：频谱仪＋近场探头
采取的手段：屏蔽＋滤波 传统对策遇到新问题：
把“火苗” 捂在设备
内部
需要考虑设备内部【板间，板内信号间】EMI问题， 不能使用屏蔽/滤波手段；
屏蔽和滤波会增加重量、成本；
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1.电磁兼容性的基本原理
常见的几种干扰源：
全局时钟信号，会产生稳定的离散频谱，使得 某些频点能量集中，干扰很强。
高速信号输出，产生不稳定频谱，特别是陡峭 的沿跳信号，产生宽频的干扰。
大电流高频脉冲信号，产生强烈的磁场干扰。 高电压高频脉冲信号，产生强烈的电场干扰。
Tips：找出干扰源，是解决EMC问题的关键， 只有减弱或者扼杀源头才是最有效的。
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2.电磁兼容性的应对策略
EMC的及早考虑：
EMI/EMC是项系统工程
早考虑 ，成本低，手段多，效率高；
需要产品所有组件协同配合，包括结构设计。
专家的经验——PCB设计的很多规则
设计能全部按照设计规则执行吗？
尽信书不 如无书！
所有的理论在所有场合都正确吗？
仿真技术
Tips：设计中有意识的对敏感信号做保护， 适当的加入屏蔽、滤波、隔离等手段，提 高敏感系统的抗干扰能力。
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1.电磁兼容性的基本原理
电磁兼容问题解决的 层次：
最有效、 最主动 的策略
积极的应 对策略
不得已而 为之的补 救方法
找出干扰源
隔断耦合路径
屏蔽敏感系统
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把问题
PCB板设计的仿真：Hyperlynx。
扼杀在
电子电路仿真：Pspice、Serenade。
精度与速度
萌芽阶 段
使用测量技术，使用一般仪器进行对比测试。 引入电磁场扫描技术，进行EMC预兼容测试。
实际问 题实际
解决
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3.电磁兼容性的案例分析
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2.电磁兼容性的案例分析
域谱结构：
Tips：信号占用的带宽远远大于信号实际周期！
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1.电磁兼容性的基本原理
电感电容在频率升高时的变化：
|Zc|
|Zr|
SF
R
ES R
C
Frequency
L
电容：|Zc|＝1/(2×PI×f×C) 容性降低
Frequency 容性失效
电感：|Zr|＝2×PI×f×L
感性降低
辐射型
通过天线效应耦合，属 于远场耦合。
Tips：只有通过分析 清楚可能的耦合模型， 破坏耦合路径，才能 减轻耦合干扰的能量。
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1.电磁兼容性的基本原理
常见的一些需要保护的敏感系统
高阻输入信号、静态电平的信号。这些信号容 易感应外界强烈电磁干扰，造成误输入。
模拟小信号，如高频头的高放、中放电路等， 芯片的PLL电路，对电源纹波，空中辐射要求 很高。
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗——线宽均匀
传输阻抗与线宽
在高速信号的微带线上面，线宽影响传输阻抗。 印制板布线的电路模型如下：
Z0
串联电阻的典型值0.25-0.55 ohms/foot，并联电阻 阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际 的PCB连线中之后，连线上的最终阻抗称为特征阻 抗Zo。
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1.电磁兼容性的基本原理
常见的几种耦合机 制：
传导型
通过连线直接耦合， 如电源线、公共返 回路径等等。
电场型
通过分布电容耦合， 如长的平行布线， 属于近场耦合。
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1.电磁兼容性的基本原理
常见的几种耦合机制：
磁场型
通过环路电感耦合，属 于近场互感耦合。
保持连续的走线阻抗 良好的电源滤波 尽可能保证地平面的完整性 信号完整性SI和电磁兼容EMC的折中
电磁兼容性的案例非常 多，我们只需要掌握别 人一些成熟的经验，通 过实践发展自己的经验， 就渐渐得心应手了……
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗 线宽均匀 拐角圆滑 少打过孔