emc電磁兼容培訓(xùn)講義

1、電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范,武 曄 卿,第一部分：EMC基礎(chǔ)知識(shí)第二部分：認(rèn)證信息第三部分：EMC設(shè)計(jì)過程管理第四部分：濾波技術(shù)第五部分：關(guān)鍵電路EMC設(shè)計(jì)技術(shù)第六部分：線路板EMC設(shè)計(jì)技術(shù)第七部分：接地設(shè)計(jì)技術(shù)第八部分：結(jié)構(gòu)和電纜屏蔽設(shè)計(jì)第九部分：EMC整改,電磁兼容設(shè)計(jì)規(guī)范目 錄,第一部分：EMC基礎(chǔ)知識(shí),EMC定義常見EMC縮略語與標(biāo)準(zhǔn)分類EMC測試項(xiàng)目簡介EMC測試介紹,1.1 EMC定義,EMC：

2、Electromagnetic compatibility，電磁兼容性 在同一電磁環(huán)境中，設(shè)備能夠不因?yàn)槠渌O(shè)備的干擾影響正作，同時(shí)也不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。,1.2 常用縮略語,EMC (Electromagnetic Compatibility)：電磁兼容性EMI (Electromagnetic Interference)：電磁干擾EMS (Electromagnetic Susceptibility)：

3、電磁抗擾度OATS (Open Area Test Site) ：開闊場CISPR：國際無線電干擾特別委員會(huì)IEC (International Electrotechnical Commission)：國際電工委員會(huì)EUT (Equipment Under Test)：受試設(shè)備FCC（Federal Communication Commission）：聯(lián)邦通信委員會(huì)CE：歐盟 "Conformité

4、Européene" 的縮寫,1.3 常見EMC測試項(xiàng)目,EMC,,EMI,EMS,,RE,CE,Harmonics,Flicker,輻射發(fā)射,傳導(dǎo)發(fā)射,諧波電流,閃爍,,RS,CS,ESD,EFT/B,DIP/i,PMS,輻射抗擾度,傳導(dǎo)抗擾度,靜電抗擾度,電快速瞬變脈沖群,電壓跌落/短時(shí)中斷,工頻磁場抗擾度,surge,浪涌抗擾度,1.4 EMC測試,ESD測試：IEC 61000-4-2，Tr約為0.7至

5、1ns，干擾頻率延伸至500MHz。,對(duì)設(shè)備表面金屬裸露部分,對(duì)設(shè)備表面絕緣層,對(duì)水平和垂直耦合板放電，耦合板距離設(shè)備__mm，耦合板通過2個(gè)470k歐電阻接地，不馬上泄放的電荷形成靜電場,ESD測試波形：,EFT/B：Electrical Fast Transient /Burst,IEC 61000-4-4模擬附近或所在電網(wǎng)中切斷感性負(fù)載時(shí)的脈沖干擾。,EFT/B：,上升沿5ns、脈寬50ns、干擾覆蓋頻率60—100MHz,E

6、FT/B測試波形：,,,受試設(shè)備,信號(hào)源,,,容性耦合夾,信號(hào)源,受試設(shè)備,,耦合,,去耦,,,,電源端試驗(yàn)：耦合去耦網(wǎng)絡(luò)（CDN）注入電源端；,EFT/B試驗(yàn)：,接電源或輔助供電設(shè)備,接輔助設(shè)備,信號(hào)端試驗(yàn)：容性耦合夾干擾耦合，信號(hào)線穿過容性耦合夾，容性耦合夾與信號(hào)線間有分布電容33-200pF，使干擾被注入信號(hào)電纜。,EFT/B試驗(yàn),Dip/interruptions,DIP/interruptions：模擬AC電網(wǎng)中接入大功率設(shè)

7、備引起的電網(wǎng)電壓下降甚至短時(shí)中斷，考察設(shè)備在此工作狀態(tài)的性能穩(wěn)定性。交流測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-11。直流測試標(biāo)準(zhǔn)： IEC 61000-4-29。,試驗(yàn)組合,Dip/interruptions,試驗(yàn)儀器控制試驗(yàn)的跌落深度、持續(xù)時(shí)間以及跌落相位。其中相位為0°、45 ° 、90 ° 、135 ° 、180 ° 、225 ° 、270 ° 、315 &#

8、176; 、360 °。,,,,,試驗(yàn)儀器,電源,電源,受試設(shè)備（EUT）,Surge：浪涌試驗(yàn),浪涌試驗(yàn)：模擬自然雷擊或電網(wǎng)中接入大容性負(fù)載所產(chǎn)生脈沖對(duì)設(shè)備的影響。包含電源端和信號(hào)端測試。測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-5。電源端測試： L和N線間（差模干擾） L對(duì)保護(hù)地（共模干擾） N對(duì)保護(hù)地（共模干擾）信號(hào)端測試 屏蔽線，干擾加在屏蔽層 非屏蔽線，

9、干擾加在信號(hào)線。,浪涌波形1.2/50、8/20組合波，電源端和室內(nèi)信號(hào)端的試驗(yàn)；10/700電壓波，室外信號(hào)端的浪涌試驗(yàn)；1.2、8、10指波形的波前時(shí)間（us）；50、20和700指得是波形的脈寬（us）。,Surge：浪涌波形,Surge：試驗(yàn)現(xiàn)場,PMS：Power-frequency Magnetic Susceptibility,PMS工頻磁場試驗(yàn)： 模擬50Hz工頻磁場（如大型變壓設(shè)備附近的磁場等）對(duì)

10、設(shè)備的影響。測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-8。,PMS：試驗(yàn)現(xiàn)場,RS：Radiated Susceptibility,RS： 考察對(duì)外界電磁場干擾的抗擾能力； 測試頻段：80MHz～2000MHz； 用1kHz的正弦波進(jìn)行調(diào)幅，在電波暗室內(nèi)進(jìn)行。測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-3。,RS：測試現(xiàn)場,CS：Conducted Susceptibility,測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-4-6。電

11、源端CS試驗(yàn) 頻段150kHz～80MHz，試驗(yàn)電壓根據(jù)產(chǎn)品類型而不同。信號(hào)端CS試驗(yàn) 頻段150kHz～80MHz，試驗(yàn)電壓根據(jù)產(chǎn)品類型而不同。,CS試驗(yàn)示意圖,電源端試驗(yàn)信號(hào)端試驗(yàn),,,,,,,,,,EUT,信號(hào)發(fā)生器,輔助設(shè)備,CDN,,騷擾注入點(diǎn),,0.1m木墊,,,,,供電,,電源,CDN,,,,,信號(hào)發(fā)生器,EUT,輔助設(shè)備,,,CDN為耦合去耦網(wǎng)絡(luò),,0.1m木墊,,注入點(diǎn),,RE：Ra

12、diated Emission,考察設(shè)備在正常工作時(shí)，對(duì)外界的輻射干擾強(qiáng)度； 測試頻段根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)要求不同；如：在CISPR 22中，測試頻段為30～1000MHz，值得注意的是設(shè)備進(jìn)行RE測試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求盡可能滿配置、滿負(fù)荷的運(yùn)行。測試標(biāo)準(zhǔn)：ITE設(shè)備為CISPR 22。,RE：測試現(xiàn)場,天線高度、極化方向、轉(zhuǎn)臺(tái)角度不斷改變以搜尋到設(shè)備輻射最大點(diǎn)。可在開闊場和半電波暗室內(nèi)進(jìn)行。,CE：Conducted Emission,

13、不同類產(chǎn)品會(huì)有不同的針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。測試標(biāo)準(zhǔn)：ITE設(shè)備為CISPR 22。CE包含：電源端： 測試頻段為150kHz～30MHz，（原來直流的測試頻段起始頻率為20MHz，新版的歐洲386標(biāo)準(zhǔn)將其改為150kHz，此外FCC標(biāo)準(zhǔn)中測試頻段也已經(jīng)和CISPR 22一致了）。通信端測： 試頻段同上，指對(duì)接到公網(wǎng)的端口，如網(wǎng)口、ISDN口等才測試，而對(duì)接終端的信號(hào)端口，如音視頻端口則無CE要求。,CE：測試示意圖

14、（電源端）,LISN：Line impedance stabilization network線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。,Harmonics：交流電源諧波,設(shè)備的輸入電壓為正弦波（50Hz或者60Hz），當(dāng)該電壓的輸入負(fù)載為非線性電路時(shí)，將會(huì)使得輸入電流發(fā)生畸變，即輸入電流不為正弦波，根據(jù)傅利葉變換，非正弦波信號(hào)在頻域?qū)?huì)存在諧波，這些諧波電流將會(huì)降低設(shè)備電源的使用效率，并且會(huì)倒灌至電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-3-2。

15、測試上限為基頻的40次諧波頻率。,Flickers：交流電源閃爍,考察設(shè)備電源模塊引起輸入電源的頻率變化能力，其中頻率變化從設(shè)備端口反灌入電網(wǎng)，會(huì)引起電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)人體的傷害。測試標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61000-3-3。,CE認(rèn)證CCCFCC認(rèn)證（美國聯(lián)邦通信委員會(huì)）其他認(rèn)證方式 C-Tick認(rèn)證（澳洲） VCCI認(rèn)證（日本） BSMI認(rèn)證（臺(tái)灣） NE

16、BS認(rèn)證（美國網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）,第二部分：認(rèn)證信息,產(chǎn)品EMC需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品EMC規(guī)格定義產(chǎn)品系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)、電纜、系統(tǒng)電源配電、系統(tǒng)接地產(chǎn)品EMC詳細(xì)設(shè)計(jì) 原理圖、PCB、板級(jí)接地、產(chǎn)品EMC階段評(píng)審 原理圖、PCB、結(jié)構(gòu)試裝,第三部分：EMC設(shè)計(jì)過程管理,輸入：《硬件總體設(shè)計(jì)方案》輸出：《產(chǎn)品系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)方案書》,結(jié)構(gòu)EMC設(shè)計(jì)包括：結(jié)構(gòu)總體屏效設(shè)計(jì)方案縫隙屏蔽設(shè)計(jì)方案進(jìn)出線屏

17、蔽設(shè)計(jì)方案通風(fēng)孔屏蔽設(shè)計(jì)方案屏蔽材料選擇方案,電纜EMC設(shè)計(jì)包括：電纜分類方案電纜線材選型方案連接器選型方案電纜敷設(shè)方案電纜出線方式,系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)方案,電源配電EMC設(shè)計(jì)包括：電源配電電路框圖濾波器件選型建議,輸入：《產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)規(guī)格書》 《硬件總體設(shè)計(jì)方案》 《單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)方案》輸出：《單板EMC詳細(xì)設(shè)計(jì)方案書》,原理圖EMC設(shè)計(jì)包括：電源濾波方案復(fù)位電路EMC

18、設(shè)計(jì)方案接口電路EMC設(shè)計(jì)方案時(shí)鐘電路EMC設(shè)計(jì)方案板間連接器插針定義方案等,PCB EMC設(shè)計(jì)包括：PCB分層方案元器件布局方案PCB布線方案,板級(jí)接地設(shè)計(jì)包括：單板地的種類及定義各地之間的連接方式,濾波原理簡介 濾波器的作用 濾波基礎(chǔ)知識(shí) 濾波電路及常見濾波器件 電源濾波器 信號(hào)濾波器 隔離變壓器,第四部分：濾波技術(shù),4.1濾波原理簡介,濾波是切斷耦合途徑中的傳導(dǎo)耦合EMC三要素，缺少任何一

19、個(gè)都構(gòu)不成EMC問題。,4.2 濾波器的作用,切斷干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完善的干擾防護(hù)。,4.3濾波基礎(chǔ)知識(shí),共模干擾電壓和差模干擾電壓；共模干擾電流與差模干擾電流；,插入損耗,IL=20log（V1/V2）體現(xiàn)濾波器在電路中的衰減作用,低通濾波器的類型,4.4 濾波電路及常見濾波器件,濾波電路與阻抗的關(guān)系,對(duì)差模電路，能知道源和負(fù)載芯片的電路構(gòu)成，所以知道源輸出阻抗和負(fù)載輸入阻抗，如果能夠綜合考慮PCB

20、印制走線的阻抗，濾波器類型的選擇應(yīng)該不難；對(duì)共模電路，因?yàn)槠湓春拓?fù)載的阻抗跟電流回路途徑、電纜與大地的距離等各方面的因素有關(guān)系，所以阻抗難以確定，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法結(jié)果，一般都認(rèn)為共模源和負(fù)載的阻抗為150歐姆（100歐姆至400歐姆之間）；,電感的高頻特性,減小電感分布電容的方法,對(duì)于非導(dǎo)體磁芯：起始端與終止端遠(yuǎn)離（夾角大于40度）.盡量單層繞制，并增加匝間距離.多層繞制時(shí)， 采用“漸進(jìn)”方式繞，不要來回繞.,如果磁芯是導(dǎo)體：用介

21、電常數(shù)低的材料增加繞組導(dǎo)體與磁芯之間的距離,電感線圈磁芯的使用,鐵粉磁芯：不易飽和、導(dǎo)磁率低，作差模扼流圈的磁芯；,鐵氧體：最常用,,錳鋅：?r = 500 ~ 10000，R = 0.1~100?m,鎳鋅：?r = 10 ~ 100，R = 1k ~ 1M?m,超微晶：?r > 10000，做大電感量共模扼流圈的磁芯。,電感諧振頻率,感量越大，諧振頻率越低，所以電感濾波時(shí)，低頻用大感量，高頻用小感量。,電容的高頻特性,電容上產(chǎn)

22、生寄生電感的主要原因,引線存在電感 PCB走線存在電感,電容諧振頻率舉例,容值越小，諧振頻率越高，低容值電容一般用來進(jìn)行高頻濾波，而高容值電容用來進(jìn)行低頻濾波。,濾波電路的布局與接地要求,差 好,,濾波元器件——磁珠,【材料構(gòu)成】：由含鐵

23、、鎳、鋅等金屬的氧化物構(gòu)成，俗稱鐵氧體；【高頻特性】：高頻時(shí)可以看成一個(gè)阻值隨頻率變化的電阻；【特點(diǎn)比較】：與電感比較，分布電容小，高頻特性好；【常用場合】：線路板上的電源或信號(hào)濾波。,濾波元器件——磁環(huán),【材料構(gòu)成】：含鐵、鎳、鋅等金屬的氧化物構(gòu)成，俗稱鐵氧體；【高頻特性】：高頻時(shí)可以看成一個(gè)阻值隨頻率變化的電阻；【優(yōu)點(diǎn)比較】：可差模濾波又可共模濾波（根據(jù)夾入電纜的方式），整改驗(yàn)證方便;【常用場合】：電源電纜或信號(hào)電纜。,

24、磁環(huán)選擇及使用原則,越長越好；孔徑和所穿過的電纜結(jié)合越緊密越好。低頻端騷擾線纜繞2～3匝；高頻端騷擾選長磁環(huán)，不繞匝（分布電容的緣故）,濾波元器件——三端電容,普通電容,三端電容,普通電容：存在等效電感，影響高頻濾波效果；三端電容：分布電感隔離輸入輸出信號(hào)，濾波帶寬可延至200M； 接地端盡可能短粗，減小接地阻抗。,三端電容的正確使用,濾波元器件——饋通電容,原理圖符號(hào)：內(nèi)部

25、構(gòu)造圖：,特點(diǎn)：通過螺釘直接安裝再屏蔽金屬結(jié)構(gòu)上，能有效的減小接地阻抗，且能夠使輸入輸出良好的隔離，大大改善濾波效果，濾波效果能擴(kuò)展到GHz頻段內(nèi)，能夠找到各種耐壓的饋通電容（對(duì)耐壓要求不高），但是其價(jià)格隨其尺寸增大而增加。,饋通電容與普通電容阻抗特性比較,饋通電容器的阻抗特性已基本接近理想電容器。,濾波元器件——貼片電容,PCB表面貼裝電容的引腳電感幾乎為零，其總電感一般來說比普通電容小3～5倍；其自諧振頻率一般是同等容值插件電容的2

26、倍；,推薦布線方式,4.5 電源濾波器,CY1=CY2,線圈為共模電感（原理如右圖）差模低頻大電流不會(huì)磁芯飽和，電感量可做到1～10mH；對(duì)共模干擾抑制增強(qiáng)為原來兩倍。,選型注意事項(xiàng)：【額定電流】：濾波器額定工作電流=設(shè)備額定工作電流×（1.5～2）；【插入損耗】：濾波器IL越大越好，整改可據(jù)超標(biāo)頻點(diǎn)選合適濾波器；【認(rèn)證信息】：CE或UL認(rèn)證；【其 他】：工作溫度，漏電流等。,電源濾波器——選型參數(shù),電

27、源濾波器——插入損耗的評(píng)估,IL曲線一般是在負(fù)載和源阻抗均為50 Ω的情況下測得的。要求供應(yīng)商提供源阻抗和負(fù)載阻抗分別為0.1 Ω和100 Ω時(shí)的IL指標(biāo)。,電源濾波器——實(shí)際IL與理想的差異,引起實(shí)際插入損耗與理想插入損耗差異的原因：1、電容器引腳上的分布電感；2、電感上線圈間的分布電容；,電源濾波器——高頻性能差的濾波器實(shí)例,電源濾波器——如何改善濾波器高頻性能,電源濾波器——插入增益,插入增益在0.1/100 Ω的插損測試下能

28、體現(xiàn)插入增益控制在EMC測試頻段外，如150kHz以下。,電源濾波器——安裝要求之一,濾波器安裝對(duì)濾波效果很重要，尤其是1MHz以上； 輸入線不宜過長：,,,√,×,電源濾波器——安裝要求之二,輸入輸出線不要靠得太近，否則會(huì)導(dǎo)致輸入輸出線耦合。,電源濾波器——安裝要求之三,外殼和金屬結(jié)構(gòu)良好搭接，改善接地效果。,√,×,,電源濾波器——安裝要求之四,濾波器附近不要有其他無關(guān)走線；,×,電源濾波器——安裝

29、要求之五,電源線不與其他電纜捆綁走線，特別是高頻信號(hào)線,×,×,高性能電源濾波器,增大ICM回路的阻抗，減小共模干擾電流，該電感需安規(guī)驗(yàn)證。,抑制浪涌、EFT/B、ESD等差模瞬態(tài)脈沖干擾，圖中壓敏電阻對(duì)共模脈沖無效。,差模濾波，和CX配合有更大差模衰減，為防止IDM流過時(shí)產(chǎn)生飽和，所以尺寸都較大；,,,,如果CX很大，則并聯(lián)一MΩ級(jí)的電阻，以免掉電時(shí)電容儲(chǔ)存能量的危險(xiǎn)，安規(guī)要求。,4.6 信號(hào)濾波器,電容必須接低阻

30、抗且無任何噪聲的“干凈地”注意：該接口傳高頻信號(hào)時(shí)，應(yīng)考慮R和C對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。,信號(hào)濾波器——干凈地,干凈地最好直接接大地或者設(shè)備金屬外殼。,信號(hào)濾波器——RC電路變形,R可以換成磁珠，C可以換成三端電容或者饋通電容。,信號(hào)濾波器——差分線濾波電路,共模扼流圈不會(huì)影響信號(hào)線的信號(hào)質(zhì)量，比單獨(dú)串電阻或磁珠要好，但是要注意上圖中電容的容值對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。,信號(hào)濾波器——信號(hào)饋通濾波器,結(jié)構(gòu)件上的饋通濾波器（作為連接器）：,線路板上

31、的饋通濾波器：,輸入輸出線隔離；接地端良好接地（接干凈地）。,信號(hào)濾波器——饋通濾波器與連接器配合,信號(hào)濾波器——濾波連接器,濾波電路和連接器一體，分布電感和分布電容很小，高頻濾波好，但很貴。,信號(hào)濾波器——安裝要求之一,信號(hào)濾波器——安裝要求之二,√,×,信號(hào)濾波器——安裝要求之三,4.7 隔離變壓器,阻斷共模電流的路徑，減小共模對(duì)負(fù)載電路的影響。,共模噪聲源在負(fù)載上產(chǎn)生噪聲電壓,時(shí)域與頻域干擾抑制設(shè)計(jì) --

32、--時(shí)鐘電路 ----總線電路 ----單板電源電路去耦 ----開關(guān)電源 ----接口電路抗干擾設(shè)計(jì) ----看門狗電路 ----面板復(fù)位電路 ----面板指示燈 ----接口電路 ----電源電路 ----面板撥碼開關(guān)電路,第五部分：關(guān)鍵電路EMC設(shè)計(jì)技術(shù),附件：去耦電容的諧振頻率及選擇,5.1 時(shí)域與頻域,時(shí)域

33、：時(shí)間--幅度的波形，電路設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注，示波器觀測；頻域：頻率--幅度的曲線，EMC設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注，頻譜儀掃頻。信號(hào)的時(shí)域波形直接影響其頻譜；,5.2 干擾抑制設(shè)計(jì),時(shí)鐘電路干擾的成因：時(shí)鐘沿太陡阻抗不匹配,時(shí)鐘電路干擾抑制設(shè)計(jì),時(shí)鐘沿變緩電路設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)上使Clk上升 / 下降沿緩；沿變緩方法是增大R和C；在時(shí)鐘信號(hào)的輸出端串聯(lián)一個(gè)電阻R，此電阻同時(shí)可以用來進(jìn)行匹配；電容C可采用在PCB設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留焊盤、通過信號(hào)線的對(duì)地分布電容

34、來實(shí)現(xiàn)。,時(shí)鐘干擾抑制電路案例,某家用視頻播放產(chǎn)品，CLK無匹配電阻。,,時(shí)鐘輸出匹配設(shè)計(jì),時(shí)鐘輸出不匹配致信號(hào)來回反射，反射與原信號(hào)疊加，產(chǎn)生振鈴或過沖，致嚴(yán)重輻射。,時(shí)域波形,頻域波形,時(shí)鐘輸出匹配設(shè)計(jì),串聯(lián)22～51 Ω進(jìn)行匹配,PCB走線阻抗50～90Ω,一般器件輸出阻抗為十幾Ω,,,,,時(shí)鐘輸出匹配設(shè)計(jì),時(shí)鐘輸出匹配后時(shí)域圖

35、 頻域圖,對(duì)比,時(shí)鐘輸出（匹配前）測試結(jié)果 時(shí)鐘輸出（匹配后）測試結(jié)果,時(shí)鐘輸出 / 驅(qū)動(dòng)器件的電源去耦設(shè)計(jì),磁珠 10uF大電容,高頻電容，根據(jù)fclk選擇容值，范圍100pF～0.1uF，典型值為1000pF,,,,時(shí)鐘輸出或驅(qū)動(dòng)器件的地設(shè)計(jì),時(shí)鐘器件金屬外殼設(shè)計(jì)時(shí)定義為地網(wǎng)絡(luò)屬性。,,總線信號(hào)沿的設(shè)計(jì),對(duì)可編程的總線輸出芯片，用軟件控制脈沖沿的上升時(shí)間；

36、對(duì)不可編程的芯片，處理方法同時(shí)鐘源，每根總線對(duì)Gnd有分布電容，所以增大R可減緩信號(hào)上升沿。,,總線信號(hào)輸出匹配設(shè)計(jì),匹配電阻22 Ω ～51Ω,不建議阻排：阻排易產(chǎn)生串?dāng)_，阻排中有一個(gè)壞，整個(gè)都要換,,,,總線驅(qū)動(dòng)器件的電源去耦設(shè)計(jì),同時(shí)鐘源器件的電源去耦設(shè)計(jì),磁珠 10uF大電容,高頻電容，根據(jù)fclk選擇容值，范圍100pF～0.1uF，典型值為1000pF,,,,單板輸入電源的濾波設(shè)計(jì),單板電源輸入口的濾

37、波,單板輸入電源的濾波設(shè)計(jì),單板上無保護(hù)地的濾波電路,單板上有保護(hù)地的濾波電路,低頻電容10uF～47uF,單電感可用磁珠代替，但要注意：磁珠額定電流和百M(fèi)Hz時(shí)的阻值。,共模扼流圈1～10mH,高頻電容100pF～0.1uF典型值為1000pF；,,,,,,關(guān)鍵IC的電源去耦設(shè)計(jì),無去耦設(shè)計(jì)的危害,關(guān)鍵IC的電源去耦設(shè)計(jì),危害的解決方法,關(guān)鍵IC的電源去耦設(shè)計(jì),磁珠直流阻值越小越好百M(fèi)Hz時(shí)的電阻越大越好,低頻電容10u

38、F,高頻電容100pF～0.1uF典型值為1000pF,,,,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),降低源輻射強(qiáng)度，即減小di/dt；切斷干擾耦合途徑或減小輻射環(huán)路面積。,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),控制觸發(fā)波形上升沿減小di/dt：,串電阻或磁珠，或?qū)Φ夭⒁粋€(gè)電容，增大PWM輸出波形的tr,,,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),開關(guān)電源的干擾途徑，圖中的1、2、3、4、5。,1和2：PCB layout時(shí)控制回路面積；,3：電源輸入端濾

39、波；,4：電源輸出端濾波；,5：地線上串電感或Core,,,,,,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),電源輸出端濾波,,,,,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),地線噪聲電流的抑制,,,開關(guān)電源干擾抑制設(shè)計(jì),通過布線減小回路面積，抑制差模輻射,,,接口電路干擾抑制設(shè)計(jì),接口電路接有外出電纜，使共模輻射大。,接地設(shè)計(jì),VG 和VP疊加入電纜成共模干擾,,,,,,,接口電路干擾抑制設(shè)計(jì),濾波接口,,,5.3 抗干擾設(shè)計(jì),看門狗電路抗干擾設(shè)計(jì),雙向瞬態(tài)抑制二極管（T

40、VS）， 抑制干擾脈沖，如PSOT05C；或高頻濾波電容，典型值為560pF。,面板復(fù)位電路抗干擾設(shè)計(jì),面板復(fù)位是靜電非常敏感電路；處理方式如圖,增加R進(jìn)行限流,電容典型值560pF,雙向TVS管選擇結(jié)電容較小的管子，結(jié)電容<1000pF,,,,,面板指示燈抗干擾設(shè)計(jì),防靜電電容，典型值560pF電容可以用雙向TVS管代替,限流電阻，取值依賴于LED點(diǎn)燈所需的驅(qū)動(dòng)電流,抗擾改進(jìn)電路,易受干擾電路,,,（室內(nèi)）接口電

41、路抗干擾設(shè)計(jì),單板與大地?zé)o連接，電路只需差模防護(hù)；,單板與大地有連接，如通過電感、磁珠或其他與大地相連，則需共模防護(hù)。,,,,,（室外）接口電路抗干擾設(shè)計(jì),室外設(shè)備大電流干擾多，用氣體放電管、壓敏電阻等大泄放電流器件防護(hù)。,單板與大地?zé)o連接，電路只需差模防護(hù)；,單板與大地有連接，如通過電感、磁珠或其他方式連和大地相，則需共模防護(hù)。,,,,,,,,,電源電路抗干擾設(shè)計(jì),電源輸入側(cè)：用壓敏電阻進(jìn)行防護(hù),差模防護(hù),共模防護(hù),,,,面板撥

42、碼開關(guān)電路抗干擾設(shè)計(jì),電容（典型值560pF）＋限流電阻 或TVS管＋限流電阻,,,,附件：去耦電容的諧振頻率及選擇,基礎(chǔ)知識(shí) PCB分層設(shè)計(jì) PCB布局設(shè)計(jì) PCB布線設(shè)計(jì) 附錄,第六部分：線路板EMC設(shè)計(jì)技術(shù),6.1 基礎(chǔ)知識(shí),電流導(dǎo)致輻射，而非電壓；靜態(tài)電荷產(chǎn)生靜電場，恒定電流產(chǎn)生磁場，時(shí)變電流即產(chǎn)生電場又產(chǎn)生磁場。,PCB 抑制干擾總結(jié)如下：1、減小差模信號(hào)回路面積；

43、2、減小高頻噪聲電流（濾波、隔離及匹配）；3、減小共模電壓（接地設(shè)計(jì)）。其中，1和3是PCB EMC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。,6.2 PCB分層設(shè)計(jì),【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘頻率超過5MHz，或信號(hào)上升時(shí)間小于5ns時(shí)， 推薦用多層板。【原理分析】：多層板可很好地控制信號(hào)回路面積。,PCB分層設(shè)計(jì),【設(shè)計(jì)原則】：多層板中，關(guān)鍵布線層（CLK、Bus、I/O、RF、

44、 Reset、CS線及各種控制信號(hào)線等所在層）應(yīng)與 完整地平面相鄰，優(yōu)選兩地平面之間?！驹矸治觥浚宏P(guān)鍵信號(hào)線一般都是強(qiáng)輻射或極其敏感的信號(hào) 線，靠近地平面布線使信號(hào)回路面積減小，減小 輻射強(qiáng)度或提高抗干擾能力。,案 例,八層板CLOCK布線,【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)于單

45、層板，關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)應(yīng)該布“Guide Ground Line”。【原理分析】：關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)地“保衛(wèi)地線”一方面可以減小信號(hào)回路面積，另外，還可以防止信號(hào)線與其他信號(hào)線之間的串?dāng)_。,【設(shè)計(jì)原則】：雙層板關(guān)鍵信號(hào)線地投影平面上有大面積鋪地，或者同單層 板地處理辦法設(shè)計(jì)“Guide Ground Line”。【原理分析】：原因同多層板中的“關(guān)鍵信號(hào)線靠近地平面布線”。,【設(shè)計(jì)原則】：多

46、層板中，電源平面相對(duì)其相鄰地平面內(nèi)縮（5H～20H）。【原理分析】：電源平面相對(duì)于其回流地平面內(nèi)縮可抑制“邊緣輻射”。,【設(shè)計(jì)原則】：布線層的投影平面在其回流平面層區(qū)域內(nèi)。【原理分析】：布線層如不在其回流平面層地投影區(qū)域內(nèi)，布線時(shí)會(huì)有信 號(hào)線在投影區(qū)域外，邊緣輻射，信號(hào)回路面積地增大，致 差模輻射增大。,【設(shè)計(jì)原則】：多層板中，TO

47、P、BOTTOM層無≥50MHz的信號(hào)線。【原理分析】：將高頻信號(hào)走在兩個(gè)平面層之間，以抑制其對(duì)空間的輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：f≥50MHz的單板，若第二層與倒數(shù)第二層為布線層、則TOP、 BOTTOM層應(yīng)鋪接地銅箔?！驹矸治觥浚?接地銅箔可阻擋高頻信號(hào)的對(duì)空間輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：多層板中，單板主工作電源平面（使用最廣泛的電源平面）

48、 應(yīng)與其地平面緊鄰。【原理分析】：電源面和地平面相鄰，有效減小電源電流回路面積。,,×,√,【設(shè)計(jì)原則】：在單層板中，電源走線附近須有地線與其緊鄰、平行走線。【原理分析】：減小電源電流回路面積。,×,√,,【設(shè)計(jì)原則】：在雙層板中，電源走線附近須有地線與其緊鄰、平行走線?！驹矸治觥浚簻p小電源電流回路面積。,【設(shè)計(jì)原則】：分層設(shè)計(jì)時(shí)，避免布線層相鄰。如無法避免，拉大兩布線層間距，縮小布線層與其信號(hào)回路層間距。

49、【原理分析】：相鄰布線層上的平行信號(hào)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_。,×,“布線層1”與“布線層2”不宜相鄰,【設(shè)計(jì)原則】：相鄰平面層應(yīng)避免其投影平面重疊。【原理分析】：投影重疊時(shí)，層層間耦合電容致層間噪聲耦合。,,投影重疊區(qū)域等效圖,推薦分層設(shè)計(jì)：,6.3 PCB布局設(shè)計(jì),【設(shè)計(jì)原則】：PCB布局，沿信號(hào)流向直線放置原則，避免來回環(huán)繞?！驹矸治觥浚罕苊庑盘?hào)直接耦合，影響信號(hào)質(zhì)量。,×,√,【設(shè)計(jì)原則】：多個(gè)模塊在同一板

50、子時(shí)，數(shù) / 模、高速 / 低速等分開布局?！驹矸治觥浚罕苊鈹?shù) / 模、高速 / 低速電路的串?dāng)_。,案 例,,某家用視頻產(chǎn)品功能模塊布局圖,【設(shè)計(jì)原則】：PCB上同時(shí)存在高、中、低速電路時(shí)，遵從下圖布局原則?！驹矸治觥浚罕苊飧哳l電路噪聲通過接口向外輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：有較大電流變化的單元電路或器件（如電源模塊的in / out端、風(fēng)扇、繼電器）附近應(yīng)放置儲(chǔ)能和高頻濾波電容?！驹矸治觥浚簝?chǔ)能電容的存在可以減小大電流回路的

51、回路面積。,【設(shè)計(jì)原則】：線路板電源輸入口的濾波電路應(yīng)靠近接口放置?！驹矸治觥浚罕苊庖呀?jīng)經(jīng)過了濾波的線路被再次耦合。,【設(shè)計(jì)原則】：PCB板接口電路的濾波、防護(hù)及隔離器件應(yīng)靠近接口放置?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)、濾波和隔離效果好。,【設(shè)計(jì)原則】：接口處有濾波和防護(hù)電路，應(yīng)先防護(hù)，后濾波?！驹矸治觥浚悍雷o(hù)電路用來進(jìn)行外來過壓和過流抑制，如果 將防護(hù)電路放置在濾波電路之后，濾波電路會(huì)

52、 被過壓和過流損壞。,【設(shè)計(jì)原則】：濾波電路（濾波器）、隔離以及防護(hù)電路的in / out不耦合?！驹矸治觥浚?in / out會(huì)削弱濾波、隔離或防護(hù)效果。,【設(shè)計(jì)原則】：單板上如果有接口“干凈地”，則濾波、隔離器件應(yīng)放置在“干凈地”和工作地之間的隔離帶上?！驹矸治觥浚罕苊鉃V波或隔離器件通過平面層互相耦合，削弱效果。,,濾波器件,,【設(shè)計(jì)原則】：“干凈地”上，只放濾波和防護(hù)器件?！?/p>

53、原理分析】：“干凈地”目的是保證接口輻射最??； “干凈地”易被外來干擾耦合，不要無關(guān)電路器件。,【設(shè)計(jì)原則】：晶振、繼電器、開關(guān)電源等強(qiáng)輻射器件離PCB接口連接器≥1000mil?！驹矸治觥浚焊蓴_會(huì)直接向外輻射或在外出電纜上耦合出電流來向外輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：敏感電路或器件（如復(fù)位電路、WATCHDOG電路等） 遠(yuǎn)離單板各邊緣，es

54、p.單板接口側(cè)邊緣≥1000mil?！驹矸治觥浚簡伟褰涌诘热菀淄鈦砀蓴_（如靜電）耦合，敏感電路 又易引起系統(tǒng)誤操作。,【設(shè)計(jì)原則】：IC濾波電容應(yīng)靠近芯片供電管腳。【原理分析】：電容離管腳越近，高頻回路面積越小，輻射越小。,√,×,【設(shè)計(jì)原則】：對(duì)始端串聯(lián)匹配電阻，應(yīng)靠近其信號(hào)輸出端放置?！驹矸治觥浚菏级舜?lián)匹配電阻的設(shè)計(jì)原理是ZS＋RS＝Z0，如果

55、 Rs遠(yuǎn)離輸出端，則ZS＋RS≠Z0，起不到匹配效果。,6.4 PCB布線設(shè)計(jì),【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線不能有直角走線?！驹矸治觥浚褐苯亲呔€導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射， 從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強(qiáng)烈的EMI輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：PCB走線，esp. 時(shí)鐘線，與總線的粗細(xì)應(yīng)一致?！驹矸治觥浚捍旨?xì)不一致時(shí)，走線阻抗突變，導(dǎo)致信號(hào)發(fā)射，

56、 從而產(chǎn)生振鈴或過沖，形成強(qiáng)烈的EMI輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：避免布線層相鄰；無法避免時(shí)，使兩布線層中的走線相互垂直、或平行走線長度<1000mil?！驹矸治觥浚簻p小平行走線之間的串?dāng)_。,【設(shè)計(jì)原則】：如果單板有內(nèi)部信號(hào)走線層，則時(shí)鐘等關(guān)鍵信號(hào)線布在內(nèi)層（優(yōu)先考慮優(yōu)選布線層）?！驹矸治觥浚簩㈥P(guān)鍵信號(hào)布在內(nèi)部走線層可以起到屏蔽作用。,【設(shè)計(jì)原則】：時(shí)鐘線兩側(cè)建議包地線，包地線每隔3000m

57、il接地?！驹矸治觥浚罕ＷC包地線上各點(diǎn)電位相等。,【設(shè)計(jì)原則】：CLK、BUS、RF線等關(guān)鍵信號(hào)走線和其他 同層平行走線應(yīng)滿足3W原則?！驹矸治觥浚罕苊庑盘?hào)之間的串?dāng)_。,【設(shè)計(jì)原則】：電流≥1A的電源所用的表貼保險(xiǎn)絲、磁珠、電感、鉭電容的焊盤應(yīng)不不少于兩個(gè)過孔接到平面層?！驹矸治觥浚簻p小過孔等效阻抗。,,【設(shè)計(jì)原則】：差分信號(hào)線應(yīng)同層、等長、并行走線，保持阻抗一

58、 致，差分線間無其它走線。【原理分析】：保證差分線對(duì)的共模阻抗相等，提高其抗干擾能力。,【設(shè)計(jì)原則】：關(guān)鍵信號(hào)走線一定不能跨分割區(qū)走線（包括過孔、 焊盤導(dǎo)致的參考平面間隙）?！驹矸治觥浚嚎绶指顓^(qū)走線會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回路面積的增大。,【設(shè)計(jì)原則】：信號(hào)線跨回流平面分割地不可避免時(shí)，在信號(hào)跨 分割附近橋接1

59、nF電容處理?！驹矸治觥浚盒盘?hào)跨分割時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致其回路面積增大，采 用橋接地方式是人為的為其設(shè)置信號(hào)回路。,【設(shè)計(jì)原則】：單板上濾波器（濾波電路）下方?jīng)]有無關(guān)信號(hào)走線?！驹矸治觥浚悍植茧娙輹?huì)削弱濾波器的濾波效果。,【設(shè)計(jì)原則】：濾波器（濾波電路）的in / out 信號(hào)線不 相互平行、交叉走線?！驹矸治觥浚罕苊鉃V波前后的走線

60、直接噪聲耦合。,【設(shè)計(jì)原則】：關(guān)鍵信號(hào)線距參考平面邊沿≥3H【原理分析】：抑制邊緣輻射效應(yīng)。,【設(shè)計(jì)原則】：金屬外殼接地元件，在其投影區(qū)頂層上 鋪接地銅皮?！驹矸治觥浚航饘偻鈿ず徒拥劂~皮之間的分布電容抑制對(duì)外輻射 和提高抗擾度。,【設(shè)計(jì)原則】：在單層板或雙層板中，布線時(shí)“回路面積最小化”?！驹矸治觥浚夯芈访娣e小、回路對(duì)外輻射小，抗干擾能力強(qiáng)。,√,×,【設(shè)計(jì)原則】：信

61、號(hào)線（特別是關(guān)鍵信號(hào)線）換層時(shí)，應(yīng)在其換 層過孔附近設(shè)計(jì)地過孔。【原理分析】：減小信號(hào)回路面積。,【設(shè)計(jì)原則】：CLK、BUS、RF線等強(qiáng)輻射信號(hào)線遠(yuǎn)離接口外出信號(hào)線。【原理分析】：避免強(qiáng)輻射信號(hào)線干擾耦合到外出信號(hào)線上，向外輻射。,【設(shè)計(jì)原則】：敏感信號(hào)線如Reset、CS、Ctrl等遠(yuǎn)離接口 外出信號(hào)線。【原理分析】：接口外出信

62、號(hào)線常常帶進(jìn)外來干擾，耦合到 敏感信號(hào)線時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤操作。,【設(shè)計(jì)原則】：在單面板和雙面板中，電源走線先經(jīng)濾波電容濾 波，再到器件管腳?！驹矸治觥浚弘娫措妷合冉?jīng)濾波再給IC供電，降低IC電源干擾 IC回饋給電源的噪聲也會(huì)被電容先濾掉。,√,×,【設(shè)計(jì)原則】：單面板或雙面

63、板，電源線走線很長，每隔3000mil 對(duì)地加去耦電容（10uF＋1000pF） 。【原理分析】：濾除電源線上地高頻噪聲。,【設(shè)計(jì)原則】：濾波電容的接地線和接電源線應(yīng)該盡可能粗、短。【原理分析】：等效串聯(lián)電感會(huì)降低電容的諧振頻率，削弱其高頻濾波效果。,,,總 結(jié),PCB EMC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是：盡可能減小回流面積，讓回流路徑按照設(shè)計(jì)的方向流動(dòng)。最常見問題來自參考平面的裂縫、變換參

64、考平面層、以及流經(jīng)連接器的信號(hào)，跨接電容器、去耦合電容器可解決些問題，但需考慮電容器、過孔、焊盤及布線總體阻抗。布線前，先研究好回流路徑的設(shè)計(jì)方案，易降低EMI輻射，是最便宜的做法。,接地技術(shù)的發(fā)展 接地定義及常見接地符號(hào) 工作接地方式分類 接地設(shè)計(jì),第七部分：接地設(shè)計(jì)技術(shù),7.1接地技術(shù)的發(fā)展,,,,防雷需要,人員安全防護(hù)需要,設(shè)備間互擾防護(hù)需要建立基準(zhǔn)‘地’。,提升高頻信號(hào)質(zhì)量需要設(shè)備的信號(hào)回流“地”。,7.2

65、接地定義及常見符號(hào),“地”定義：電流返回其源的低阻抗通道； 對(duì)線路工程師：地是 線路電壓的參考點(diǎn)； 對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師：地是 機(jī)柜或機(jī)架； 對(duì)電氣工程師：地是 綠色安全地線、大地。“地”符號(hào)： PE、PGND、FG-------------- 保護(hù)地或機(jī)殼 BGN

66、D或DC-RETURN------- 直流-48V（+24V）電源回流 GND------------------------------ 單板及背板工作地 DGND---------------------------- 單板數(shù)字地 AGND---------------------------- 單板模擬地

67、 LGND---------------------------- 防雷保護(hù)地,7.3 工作接地方式分類,單點(diǎn)接地,串聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：簡單缺點(diǎn)：公共阻抗耦合適用于：低頻（f<1MHz） 同類電路,并聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn)：無公共阻抗耦合缺點(diǎn)：接地線過多適用于：低頻（f<1MHz） 不同類電路,7.4 接地設(shè)計(jì),總體思路：按電路類型，電路功能模塊劃分

68、；確定功能模塊間地的互連方式；確定功能模塊地和大地之間的連接方式；板級(jí)地網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)：走線阻抗帶來的壞處；走線阻抗；梳狀接地方式；網(wǎng)格接地方式；地層平面方式。接口電路的地設(shè)計(jì)。,功能模塊劃分,功能模塊間地連接,如圖示，如單板上各模塊間無互連信號(hào)線，則各模塊地通過大地相連；,如有信號(hào)互連，則在信號(hào)線跨模塊電路處單點(diǎn)相連。,,,地,各功能模塊的接地方式,低頻噪聲電路和模擬電路采用單點(diǎn)接地、數(shù)字電路采用多點(diǎn)接地。,地線阻抗帶來