PCB电磁兼容设计培训资料.pptx
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2002年8月 杨继深
“无关”的电缆也辐射
2002年8月 杨继深
无关电缆辐射机理
VCM
机箱内的所有信号都会通过 电缆辐射！
2002年8月 杨继深
地线也辐射
你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ?
接上地线 不接地线
2002年8月 杨继深
地线辐射产生的原因
电源线电感
地线噪声 电源回路 信号回路
2002年8月 杨继深
第五章 PCB的电磁兼容设计
2002年8月 杨继深
走线是主要辐射源
2002年8月 杨继深
脉冲信号的频谱
谐波幅度
tr
d
（电压或电流）
A
-20dB/dec
T
-40dB/dec
V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2
控制高频信号的回路
2002年8月 杨继深
电路中的强辐射信号
dBV/m
dBV/m
1
10
100
1000
所有电路加电工作
2002年8月 杨继深
1
10
100
1000
只有时钟电路加电工作
电流回路的阻抗
I
L
R
~
Z = R + jL
L=/I A
~
2002年8月 杨继深
单层或双层板如何减小环路的面积
2002年8月 杨继深
不良布线举例
2002年8月 杨继深
68HC11
E时钟
B
74HC00
A
连接A、B
随便设置的地线没有用
在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？
2002年8月 杨继深
地线对辐射的影响
2002年8月 杨继深
地线对辐射的影响
2002年8月 杨继深
多层板能减小辐射
信号1 电源层
地线层
信号2
杆天线
实际电路的辐射
ZG
I
~V
ZL
ZC = ZG + ZL
环路面积 = A
近场：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 H = 7.96IA / D3
远场：
E = 1.3 I A f 2 /D
2002年8月 杨继深
（V/m） （ V/m） （ A/m）
地线网格
2002年8月 杨继深
电源线噪声的消除
电源线电感
这个环路尽量小
2002年8月 杨继深
储能电容
电源解耦电容的正确布置
尽量使电源线与地线靠近
2002年8月 杨继深
解耦电容的选择
dI dt
Z
C=
dV
各参数含义：
在时间dt内，电源线上出 现了瞬间电流dI，dI导致 了电源线上出现电压跌落 dV。
地线干扰对电路的影响
1
3
寄生电容
2
4
2002年8月 杨继深
线路板走线的电感
S L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H
W
I
I
M
2002年8月 杨继深
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
A
扁平电缆
一部分信号回流经过ABCD
注意隐蔽的辐射环路
信号线
信号线+电源+地线
信号线
电源/地线
电源/地线
电源/地线 电源
2002年8月 杨继深
电源
直流线的辐射
直流线也会产生射频辐射
线
线
线
路
路
路
板
板
板
3
2
1
2002年8月 杨继深
外拖电缆的共模辐射
L
I2 H
I1
CP
I3
CP
尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大， 仍然是主要的辐射因素
（ V/m）
常用的差模辐射预测公式
考虑地面反射时：
E = 2.6 I A f 2 /D
2002年8月 杨继深
（ V/m）
脉冲信号差模辐射的频谱
差模辐射频率特性线
频谱包络线
f
E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D）
+40lg f
2002年8月 杨继深
f
0.25
74F
3 80 5.5 2.2 0.75
0.25
74AS 1.4 120 2 0.8 3
0.15
仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射， 乘以 N 。因此，可能时，分散时钟频率。
2002年8月 杨继深
如何减小差模辐射？
E = 2.6 I A f 2 / D
布线
低通滤波器
2002年8月 杨继深
两端设备都接地的情况
RW L
～ V0
RW L ICM
RL
CP
1H/m
线路板接地：ZCM = RW + jL+ RL 线路板不接地：ZCM = RW + jL+ RL + 1/ jC
2002年8月 杨继深
共模电流主要由寄生电容产生
共模 电流
V0 / RL
线路板接地 线路板不接地
CP较大 CP较小
2002年8月 杨继深
低频 高频
10
地线面的阻抗，m/ 平方 1
地线面具有很小的地线阻抗
2002年8月 杨继深
DC~0.5 1
10
100
1G
地线面上的缝隙的影响
75mm
模拟地
A/D变换器
数字地
2002年8月 杨继深
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV
过孔的阻抗
nH/cm
100 10
1.5mm
PGA 128-pin
1
0.1
25
50 75
100
与过孔之间的距离 mm
2002年8月 杨继深
C/4 PGA
线路板边缘的一些问题
关键线（时钟、射频等）
产生较强辐射
电源层
地线层 20H
2002年8月 杨继深
无地线
扁平电缆的使用
最好
较好
差
较好，但端接困难
地线
C
D
这两处都有地线
2002年8月 杨继深
B
1/d
2002年8月 杨继深
1/tr
频率（对数）
上升沿越陡高频越丰富
2002年8月 杨继深
地线和电源线上的噪声
R1
R2
R4
Q3
Q2 Q1
ICC
VCC
I驱动
被驱动电路
R3
2002年8月 杨继深
Q4
Ig
Vg I放电
I充电
电源线、地线噪声电压波形
输出 ICC VCC Ig Vg
2002年8月 杨继深
2002年8月 杨继深
1/2 LC
f
增强解耦效果的方法
铁氧体
电源
注意铁氧体安装的位置
地
细线
粗线
2002年8月 杨继深
接地线面
用铁氧体增加 电源端阻抗
用细线增加电 源端阻抗
有效滤波的例子
普通电容
三端电容
三端电容+铁氧体
2002年8月 杨继深
线路板的两种辐射机理
差模辐射 共模辐射
电流环
2002年8月 杨继深
1/d
1/tr
脉冲的差模辐射包络线
f
不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积
逻辑 系列
4000B
上升 电流 时间
40 6
不同时钟频率允许的面积（cm2 ） 4MHz 10 30 100
1000 400
74HC 6 20 50 45 18
6
wenku.baidu.com
74LS 6 50 20 18 7.2
2.4
74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75
“无关”的电缆也辐射
2002年8月 杨继深
无关电缆辐射机理
VCM
机箱内的所有信号都会通过 电缆辐射！
2002年8月 杨继深
地线也辐射
你喜欢 电缆屏蔽层接地吗 ?
接上地线 不接地线
2002年8月 杨继深
地线辐射产生的原因
电源线电感
地线噪声 电源回路 信号回路
2002年8月 杨继深
第五章 PCB的电磁兼容设计
2002年8月 杨继深
走线是主要辐射源
2002年8月 杨继深
脉冲信号的频谱
谐波幅度
tr
d
（电压或电流）
A
-20dB/dec
T
-40dB/dec
V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2
控制高频信号的回路
2002年8月 杨继深
电路中的强辐射信号
dBV/m
dBV/m
1
10
100
1000
所有电路加电工作
2002年8月 杨继深
1
10
100
1000
只有时钟电路加电工作
电流回路的阻抗
I
L
R
~
Z = R + jL
L=/I A
~
2002年8月 杨继深
单层或双层板如何减小环路的面积
2002年8月 杨继深
不良布线举例
2002年8月 杨继深
68HC11
E时钟
B
74HC00
A
连接A、B
随便设置的地线没有用
在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗？
2002年8月 杨继深
地线对辐射的影响
2002年8月 杨继深
地线对辐射的影响
2002年8月 杨继深
多层板能减小辐射
信号1 电源层
地线层
信号2
杆天线
实际电路的辐射
ZG
I
~V
ZL
ZC = ZG + ZL
环路面积 = A
近场：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 H = 7.96IA / D3
远场：
E = 1.3 I A f 2 /D
2002年8月 杨继深
（V/m） （ V/m） （ A/m）
地线网格
2002年8月 杨继深
电源线噪声的消除
电源线电感
这个环路尽量小
2002年8月 杨继深
储能电容
电源解耦电容的正确布置
尽量使电源线与地线靠近
2002年8月 杨继深
解耦电容的选择
dI dt
Z
C=
dV
各参数含义：
在时间dt内，电源线上出 现了瞬间电流dI，dI导致 了电源线上出现电压跌落 dV。
地线干扰对电路的影响
1
3
寄生电容
2
4
2002年8月 杨继深
线路板走线的电感
S L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H
W
I
I
M
2002年8月 杨继深
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
A
扁平电缆
一部分信号回流经过ABCD
注意隐蔽的辐射环路
信号线
信号线+电源+地线
信号线
电源/地线
电源/地线
电源/地线 电源
2002年8月 杨继深
电源
直流线的辐射
直流线也会产生射频辐射
线
线
线
路
路
路
板
板
板
3
2
1
2002年8月 杨继深
外拖电缆的共模辐射
L
I2 H
I1
CP
I3
CP
尽管共模成份的比例很小，但是由于辐射环路大， 仍然是主要的辐射因素
（ V/m）
常用的差模辐射预测公式
考虑地面反射时：
E = 2.6 I A f 2 /D
2002年8月 杨继深
（ V/m）
脉冲信号差模辐射的频谱
差模辐射频率特性线
频谱包络线
f
E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D）
+40lg f
2002年8月 杨继深
f
0.25
74F
3 80 5.5 2.2 0.75
0.25
74AS 1.4 120 2 0.8 3
0.15
仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射， 乘以 N 。因此，可能时，分散时钟频率。
2002年8月 杨继深
如何减小差模辐射？
E = 2.6 I A f 2 / D
布线
低通滤波器
2002年8月 杨继深
两端设备都接地的情况
RW L
～ V0
RW L ICM
RL
CP
1H/m
线路板接地：ZCM = RW + jL+ RL 线路板不接地：ZCM = RW + jL+ RL + 1/ jC
2002年8月 杨继深
共模电流主要由寄生电容产生
共模 电流
V0 / RL
线路板接地 线路板不接地
CP较大 CP较小
2002年8月 杨继深
低频 高频
10
地线面的阻抗，m/ 平方 1
地线面具有很小的地线阻抗
2002年8月 杨继深
DC~0.5 1
10
100
1G
地线面上的缝隙的影响
75mm
模拟地
A/D变换器
数字地
2002年8月 杨继深
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV
过孔的阻抗
nH/cm
100 10
1.5mm
PGA 128-pin
1
0.1
25
50 75
100
与过孔之间的距离 mm
2002年8月 杨继深
C/4 PGA
线路板边缘的一些问题
关键线（时钟、射频等）
产生较强辐射
电源层
地线层 20H
2002年8月 杨继深
无地线
扁平电缆的使用
最好
较好
差
较好，但端接困难
地线
C
D
这两处都有地线
2002年8月 杨继深
B
1/d
2002年8月 杨继深
1/tr
频率（对数）
上升沿越陡高频越丰富
2002年8月 杨继深
地线和电源线上的噪声
R1
R2
R4
Q3
Q2 Q1
ICC
VCC
I驱动
被驱动电路
R3
2002年8月 杨继深
Q4
Ig
Vg I放电
I充电
电源线、地线噪声电压波形
输出 ICC VCC Ig Vg
2002年8月 杨继深
2002年8月 杨继深
1/2 LC
f
增强解耦效果的方法
铁氧体
电源
注意铁氧体安装的位置
地
细线
粗线
2002年8月 杨继深
接地线面
用铁氧体增加 电源端阻抗
用细线增加电 源端阻抗
有效滤波的例子
普通电容
三端电容
三端电容+铁氧体
2002年8月 杨继深
线路板的两种辐射机理
差模辐射 共模辐射
电流环
2002年8月 杨继深
1/d
1/tr
脉冲的差模辐射包络线
f
不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积
逻辑 系列
4000B
上升 电流 时间
40 6
不同时钟频率允许的面积（cm2 ） 4MHz 10 30 100
1000 400
74HC 6 20 50 45 18
6
wenku.baidu.com
74LS 6 50 20 18 7.2
2.4
74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75