PCB的电磁兼容设计内部培训资料

布线
低通滤波器
PCB的电磁兼容设计
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
1
10
100
1000
只有时钟电路加电工作
PCB的电磁兼容设计
电流回路的阻抗：
I
L
R
~
~
Z = R + jL
L=/I A
PCB的电磁兼容设计
单层或双层板如何减小环路的面积：
PCB的电磁兼容设计
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。12:46:2912:46:2912:46Tuesday, October 20, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2020.10.2012:46:2912:46:29October 20, 2020
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月20 日下午1 2时46 分20.10. 2020.1 0.20
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月20日星期 二下午12时46分29秒12:46:2920.10.20
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午12时46分20.10.2012:46October 20, 2020
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月20日星期 二12时46分29秒12:46:2920 October 2020
电磁兼容技术基础知识
PCB的电磁兼容设计 内部培训资料
PCB的电磁兼容设计
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
1/d
1/tr
增加共模回路的阻抗：
PCB
PCB
共模回路
改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 )
= 20lg[(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2)]
=20 lg ( ZCM2 / ZCM1)
=20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 )
dB
PCB的电磁兼容设计
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月20日 星期二12时46分29秒 Tuesday, October 20, 2020
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相信相信得力量。20.10.202020年10月 20日星 期二12时46分 29秒20.10.20
谢谢大家！
ICM
电流卡钳
频谱分析仪
被测电流 I
VdBV
传输阻抗：ZT = V / I
PCB的电磁兼容设计
怎样减小共模辐射：
E = 1.26 I L f / D
共模滤波 共模扼流圈 减小共模电压
使用尽量短的 电缆
共模滤波
电缆屏蔽
PCB的电磁兼容设计
辐射平衡接口电路：
+Vcc
+V
Z0/2
-V
Z0/2
-Vcc
PCB的电磁兼容设计
A/m V/m
A I
随频率、距离增加而增加 Z0
f、D
PCB的电磁兼容设计
导线的辐射:
近场区内: H = I L / (4D2) E = Z0I L / (8 2 D3) ZW = Z0（/2D）
A/m V/m
远场区内: H = I L / (2 D)
A/m
E = Z0 I L / (2 D)
+40lg f
f
1/d
1/tr
脉冲的差模辐射包络线
f
PCB的电磁兼容设计
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
74LS 6 50 20 18 7.2
I/O接口布线的一些要点：
滤波电容 电源线连接
地线连接
时钟电路、 高速电路
隔离变压器/ 光耦隔离器
信号滤波器 干净区域
桥 壕沟
PCB的电磁兼容设计
滤波器电容量的选择：
R源 R负载
电容合适 电容过大
上升时间 tr 带宽 BW 总阻抗 R 最大电容 C
低速接口 10 ~ 100kB/s
0.5~1s 320kHz 120 2400pF
不良布线举例：
68HC11
E时钟
B
74HC00
A
连接A、B
PCB的电磁兼容设计
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？
PCB的电磁兼容设计
多层板能减小辐射：
信号1 电源层
地线层
信号2
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
DC~0.5 1
10
100 1G
PCB的电磁兼容设计
地线面上的缝隙的影响：
模拟地
A/D变换器
数字地
75mm
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV
PCB的电磁兼容设计
线路板边缘的一些问题：
关键线（时钟、射频等）
电源层 地线层
20H
产生较强辐射 无地线
PCB的电磁兼容设计
扁平电缆的使用：
PCB的电磁兼容设计
电源解耦电容的正确布置:
尽量使电源线与地线靠近
PCB的电磁兼容设计
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。
f 1/2 LC
PCB的电磁兼容设计
增强解耦效果的方法:
铁氧体
电源
注意铁氧体安装的位置
ZT = V / I
传输阻抗（m /m）
PCB的电磁兼容设计
不同屏蔽层的传输阻抗：
10000
1000
100
10 1
双层编织 +
0.1 双层金属 0.01 0.001
102 103 104
铝箔
实心铜 105 106 107
单层编织 最佳单层编织 双层编织
双层编织 + 一层金属
108 Hz
PCB的电磁兼容设计
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2012:46:2912:46Oc t-2020- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。12:46:2912:46:2912:46Tuesday, October 20, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2020.10.2012:46:2912:46:29October 20, 2020
屏蔽层的错误接法：
CM
PCB的电磁兼容设计电缆屏源自层的正确端接：航空连接器连接器上紧螺纹
D形连接器
指形簧片
护套与屏蔽层端接 导电弹性衬垫
利用机械力将 屏蔽层压紧
金属连接器护套
PCB的电磁兼容设计
线路板上的局部屏蔽：
片状电容
利用一层铜箔 做屏蔽盒面
屏蔽盒的接地 间隔 < / 20
所有穿出屏蔽 盒的导线经过 滤波
谢谢大家！
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2020.10.20Tuesday, October 20, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。12:46:2912:46:2912:4610/20/2020 12:46:29 PM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2012:46:2912:46Oc t-2020- Oct-20
频率（对数）
PCB的电磁兼容设计
地线和电源线上的噪声:
R1 Q1
R2
R4
Q3
Q2
ICC
VCC
I驱动
被驱动电路
R3
Q4
Ig
Vg I放电
I充电
PCB的电磁兼容设计
电源线、地线噪声电压波形:
输出 ICC VCC Ig Vg
PCB的电磁兼容设计
地线干扰:
1
3
寄生电容
2
4
PCB的电磁兼容设计
线路板走线的电感 :
PCB的电磁兼容设计
悬浮电缆：
ICM 电缆长度：L
近场区内:
E = 1430I L / (f D3)
远场区内:
E = 0.63 I L f / D
考虑地面反射： E = 1.26 I L f / D
L /2或/4时： E = 120I / D
V/m V/m V/m
V/m
PCB的电磁兼容设计 共模电流的测量：
S
L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H
W
I
I
M
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
PCB的电磁兼容设计
地线网格:
PCB的电磁兼容设计
电源线噪声的消除:
电源线电感
储能电容
这个环路尽量小
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月20日星期 二12时46分29秒12:46:2920 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午12时46分29秒下午12时46分12:46:2920.10.20
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2020.10.2012:4612:46:2912:46:29Oc t-20
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月20 日下午1 2时46 分20.10. 2020.1 0.20
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月20日星期 二下午12时46分29秒12:46:2920.10.20
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午12时46分20.10.2012:46October 20, 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午12时46分29秒下午12时46分12:46:2920.10.20
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10.2020.10.2012:4612:46:2912:46:29Oc t-20
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月20日 星期二12时46分29秒 Tuesday, October 20, 2020
（V/m） （ V/m） （ A/m）
（ V/m）
PCB的电磁兼容设计
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
（ V/m）
PCB的电磁兼容设计
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）
高速接口 2MB/s
50ns 6MHz 100 150pF
低速CMOS
100ns 3.2MHz 300 100pF
TTL
10ns 32MHz 100~150 30pF
PCB的电磁兼容设计
用屏蔽电缆抑制共模辐射：
DM CM
CM
CM
CM
PCB的电磁兼容设计
屏蔽电缆的评估：
DM CM
CM
V 辐射环路
I V
V/m
I
L
随频率、距离增加而减小
Z0
f、D
PCB的电磁兼容设计
实际电路的辐射:
ZG
I
ZL
ZC = ZG + ZL
~V
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
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相信相信得力量。20.10.202020年10月 20日星 期二12时46分 29秒20.10.20
谢谢大家！
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2020.10.20Tuesday, October 20, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。12:46:2912:46:2912:4610/20/2020 12:46:29 PM
最好
较好
差
较好，但端接困难
地线
C
D
这两处都有地线
B
A
扁平电缆
一部分信号回流经过ABCD
PCB的电磁兼容设计
外拖电缆的共模辐射：
L
I1
I2 H
CP
I3
CP
机箱内的所 有信号都会 通过电缆辐 射！
VCM
PCB的电磁兼容设计
两端设备都接地的情况：
RW
L
～
RW
L
CP
ICM
ZCM = RW + jL+RL+1/ jC
地
细线
粗线
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
PCB的电磁兼容设计
线路板的两种辐射机理:
差模辐射
共模辐射
电流环
杆天线
PCB的电磁兼容设计
电流环路产生的辐射:
近场区内: H = IA / (4D3)
A/m
E = Z0IA / (2D2) V/m
ZW = Z0（2D/）
远场区内: H = IA / ( 2D) E = Z0 IA / ( 2D) ZW = Z0 = 377
2.4
74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75
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。
PCB的电磁兼容设计
如何减小差模辐射？
E = 2.6 I A f 2 / D