通信接口EMC设计

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1、港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 1 页共 22 页 港湾网络中试 机电设计部 文 件 编 号 文件版本 QB HN 0039 2003 A0 共22页 单 板 接 口 电 路 E M C 设 计 规 范 港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 2 页共 22 页 前 言 本规范起草单位 中试机电设计部 本规范主要起草人 程国军 蒋万良 本规范批准人 马庆 本规范修改记录 见电子流评审流程 S 0 0 0 0 8 5 港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 3 页共 2

2、2 页 目 录 1 目的 4 2 范围 4 3 定义 4 4 引用标准和参考资料 4 5 接口电路 EMC 设计基本原则 4 5 1 基本原则 4 5 2 基本滤波电路及器件 5 5 3 基本防护电路及器件 8 6 以太网通信接口电路 EMC 设计 9 6 1 概述 9 6 2 以太网通信接口滤波设计 9 6 3 RJ45 接口连接器 12 7 E1 T1 接口电路 EMC 设计 13 7 1 滤波电路设计 13 7 2 E1 T1 防护电路设计 14 8 串口电路 EMC 设计 16 8 1 滤波电路设计 16 8 2 防护电路设计 17 9 用户电路 EMC 设计 19 9 1 滤波设计

3、19 9 2 防护电路设计 20 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 4 页共 22页 港湾网络有限公司技术规范 常见通信接口电路 E M C 设计规范 1 目的 本指导书旨在规范公司内接口电路EMC设计 保证接口电路EMC设计的统一性 正确性和可靠性 实现资源共享 提高公司产品的开发效率 2 范围 本指导书说明了公司产品相关接口电路的EMC设计考虑 本指导书适用于产品相关接口电路EMC设计 由于滤波和防护器件的不断发展 有关电路会将进行相应的修改和补充 本设计指导书将进行不定期的修订 以最新的 设计指导书为准 同时由于不同产品的电路上

4、的差异性 在滤波及保护电路的形式和 参数上应根据具体电路进行修改 3 定义 无 4 引用标准和参考资料 无 5 接口电路EMC设计基本原则 接口电路是否进行了有效的 EMC设计 直接关系到整机是否能通过EMC测试 接口电路的EMC设计包括接口电路的滤波电路设计和接口电路的防护设计 接口电路 滤波设计的目的是减小系统通过接口及电缆对外产生的辐射 抑制外界辐射和传导噪 声对整机系统的干扰 接口防护电路设计的目的是使电路可以承受一定的过电压 过 电流的冲击 5 1 基本原则 接口滤波电路和防护电路设计应遵循下面的基本设计原则 1 滤波和防护电路对接口信号质量的影响满足要求 2 滤波和防护电路应根据实

5、际需要设计 不能简单拷贝 3 需要同时进行滤波电路和防护电路时 应保证先防护后滤波的原则 4 接口芯片 包括相应的滤波 防护 隔离器件等 应尽可能沿信号流方向成 直线放置在接口连接器处 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 5 页共 22页 5 接口信号的滤波 防护 隔离器件等尽可能靠近接口连接器处 相应的信号连 接线必须尽可能短 符合工艺要求条件下的最短距离 6 接口变压器要就近放置在连接器附近 通常在对应接口连接器3cm以内 7 模拟信号接口和数字信号接口 低速逻辑信号接口和高速逻辑信号接口等 以 敏感和干扰发射程度来区分 它们之间要

6、间隔一定距离放置 当连接器之间存在相 互干扰的可能时 必须采取隔离 屏蔽等措施 8 同一接口连接器里存在不同类型的信号时 必须用地针隔离这些信号 特别是 对于一些比较敏感的信号 9 接口信号线走线的线宽应始终一致 对于高速信号线 如果走线有需要弯曲的 地方 则应采用圆弧平滑地弯曲走线 10 禁止在差分线和信号回线之间走其他信号线 差分对线对应的部份应平行 就近 同层走线 且走线的长度尽可能一致 11 当接口信号线较长 从驱动 接收器到接口连接器超过 2 5 cm 应按传 输线布线方法 使走线满足规定的特性阻抗 12 所有的信号走线不能跨平面走线 除非已经过隔离滤波器 13 接口信号连接器建议选

7、用带屏蔽外壳的连接器 尤其是高频信号连接器 14 连接器的金属外壳应与机壳保持良好的电连续性 对于能够360度环绕的连接 器 则必须 360 度环绕连接 而且通常连接阻抗要小于1m 15 对于不能进行360 度环绕连接的连接器 则建议采用外壳四周有向上簧片的 连接器 而且簧片必须有足够的尺寸和性能 弹性 以保持与机壳间有良好的电连 接 16 滤波连接器对产品EMC性能往往有很大的帮助 但其成本比较高 通常在采 用板内滤波 电缆屏蔽等方法能解决问题的情况下 就不采用滤波连接器 滤波连接 器通常用在一些特殊的情况下 如严格的军标要求 恶劣工业环境的小批量应用以及 一些特殊情况下的运用等 比如结构尺

8、寸限制等 17 屏蔽线的屏蔽层要尽可能与接插件外壳保持360 度的连接 对于做不到这一 点的接口 通常有其他对应的措施 来保证接口的EMC性能 18 接口信号线和接口芯片 必须遵守供应厂商或标准的要求进行阻抗匹配 滤波 隔离 防护等 5 2 基本滤波电路及器件 滤波电路是由电感 电容 电阻 铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 6 页共 22页 低通滤波器是电磁兼容抑制技术中普遍应用的滤波器 低频信号可以很小的衰减通过 而高频信号则被滤除 为了减小信号线缆对外辐射 接口电路 如网口 模拟用户口 E

9、1等 接口电路必须进行滤波设计 由于专用EMI器件的价格逐渐降低 进行产品接 口滤波电路设计时 主要采用专用EMI抑制器件构成滤波电路 这些器件包括三端电 容 铁氧体磁珠 共模扼流圈等 EMI器件的性能指标主要是插入损耗 插入损耗的定义如下图所示 普通电容的插入损耗与三端电容插入损耗的对比如下 三端电容有较好的 EMI 抑 制作用 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 7 页共 22页 MURATA提供的 NMF51R 系列 EMI 滤波器会提供更佳的滤波效果 铁氧体磁珠的插入损耗特性 以MURATA 的BLM11A P系列为例 共模扼流

10、圈的插入损耗特性 以TDK公司的ZJY51R5 2PB为例 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 8 页共 22页 在进行接口滤波电路设计时主要考虑滤波电路 器件 的插入损耗特性 5 3 基本防护电路及器件 防护电路包括差模防护设计和共模防护设计 在电路设计时要考虑保护器件的功 率 启动电压 结电容等特性 保证有效防护和对信号质量的影响满足要求 差模防护电路设计如下图所示 共模防护电路设计如下图所示 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 9 页共 22页 板级电路防护采用的器件主要包

11、括TVS TSS 压敏电阻 能提供上述保护器件的 公司有PROTEK公司提供TVS器件 PI公司提供TSS器件 SIMENS和国内相关企业可 以提供压敏电阻 6 以太网通信接口电路EMC设计 6 1 概述 以太网接口作为一种宽带网的基本通信接口在公司的产品中得到了大量应用 主 要包括1 0 M 和1 0 0 M 的以太网接口 1 0 M 物理层芯片公司优选L X T 9 0 5 P C 1 0 M 1 0 0 M 物理层 芯片公司优选L X T 9 7 0 A Q C L X T 9 7 1 L X T 9 7 4 L X T 9 7 8 1 L X T 9 7 8 2 S 8 2 5 5 9

12、 等 由于芯 片本身的特点 在滤波和防护电路设计有所区别 网口的滤波设计主要通过选择合适的具有E M I 抑制作用的接口变压器来实现 同时 优化P C B 设计 不建议在网口设计上加保护电路设计 6 2 以太网通信接口滤波设计 10M网口滤波设计采用两种设计方案 一是采用外加共模扼流圈的形式 另一种 是采用PULSE公司提供的具有EMI抑制作用的接口变压器 采用外加共模扼流圈设计 滤波电路时 不仅要考虑对干扰的共模抑制作用 还要考虑共模扼流圈的差模抑制作 用 因此只建议在10M网口滤波设计时可采用外加共模扼流圈形式 而100M网口 滤 波设计时不建议采用外加共模扼流圈 而采用具有EMI抑制作用

13、的接口变压器 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 10页共 22 页 共模扼流圈推荐使用 MURATA的PLM250S50 PULSE公司的PE68627 PE 67501 等 PCB 设计时 将共模扼流圈尽量靠近 RJ45 连接器 直接选用具有 PULSE 公司提供的 EMI 抑制作用的接口变压器可以有效的实现 EMI 抑制作用 如 PE 68515 PE 68515L H1012 PE 68517 PE 68517L H1089 等 接口变压器应尽量靠近 RJ45 连接器 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港

14、湾网络有限公司所有 翻录必究 第 11页共 22 页 100M网口设计时必须设计Bob smith 电路 可以产生10dB的共模EMI衰减 为了 更好的抑制共模信号通过线缆对外的辐射应注意下面几点 1 不用的RJ45管脚4 5 7 8按下图的方法处理 2 物理芯片侧的变压器中心抽头需通过0 01 0 1uf的电容接地 3 物理芯片侧的差模电阻 收端 应等分为二 100分为两个49 9 中心点 通过0 01uf电容接地 以82559为例说明网口设计PCB注意点 布局如下 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 12页共 22 页 A B要求尽

15、量短 A不得超过1英寸 B可以根据实际情况放宽 接口变压器PCB设计如下 6 3 RJ45接口连接器 以太网通信接口连接器必须采用屏蔽接口连接器 根据需要可以采用RJ45滤波连 接器 PULSE可以提供此种连接器 其型号为 J0026D系列 J0011D系列 其内部结 构如下 内部包括接口变压器 滤波电路 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 13页共 22 页 7 E1 T1接口电路EMC设计 7 1 滤波电路设计 采用共模扼流圈滤波与保护电路的具体电路形式如下 用三端 EMI 电容进行滤波设计时 应将防护电路置于滤波电路之前 电路形式

16、 如下 根据由于信号线引起的辐射频段选择共模扼流圈的参数 推荐使用 MURATA 的 PLM250H 250S 系列 PULSE公司的 T8005 T8006 T8008 三端滤波器件推荐选用 MURATA公司的 NMF51R 系列 PCB 设计时 滤波器和保护电路应尽量靠近接口连 接器 目前 PULSE 公司已经可以提供接口变压器与共模扼流圈集成在一起的产品可以 提供如下选择 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 14页共 22 页 IC芯片 接口变压器 T7688 T1214 DS2154 DS21554 T1213 LXT384 T1207 PEB2254 T1215 PEB22554 T1219 7 2 E1 T1防护电路设计 1 DS2154 DS21554 基本防护电路 DS21554 基本防护电路 DS21554 基本防护电路如上图所示 图中 U1 U2为ST公司的TPN3021 编码 11020016 D1 D4为PROTEK公司的PSOT05C 编码 11020015 R5 R6 为1 8W 8 2欧姆表贴电阻