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1、EMC Debug 基本概念,宗盈 陳建豪編撰,High Frequency Performance of R. L. C.,EMI是被動元件正常狀態行為以外的結果 高頻特性 電阻器-電感與電阻串聯且並聯一個電容 電容器-電感與電阻與電容串聯 電感器-電感與電容並聯,元件 低頻行為 高頻行為 響應,電線 電阻 電容 電感,Z,Z,Z,Z,f,f,f,f,串聯諧振,並聯諧振,旁路及去耦合Bypassing and Decoupling,防止RF能量由一電路轉移至另一電路之技術 Decoupling電容是為了在clock或data轉換時，提供足夠之DC電壓及電流給元件之正常操作 Decouplin
2、g（去耦合） 去耦合電容將高頻元件產生在電源平面上之RF能量移除 藉由放置一去耦合電容鄰近於IC之電源腳做為電流儲蓄可達成一小區域環路 當使用去耦合電容時重要的是減短接腳之長度並且儘量靠近元件旁邊 在放置去耦合電容時，需時時考慮地迴路之控制 Bypassing（旁路） 旁路電容能移除不需要的RF雜訊，避免其耦合元件或cable之common-mode EMI進入敏感區域，且提供濾波功能 Bulk（大型）大型電容是當在最大負載下，所有信號腳同時切換時，對元件保持 其DC電流及電壓穩定。它同時可防止因元件之電流脈波（dI/dt）造成之電源失 效 在某些應用，需要並聯兩個電容以達到較寬的RF壓制頻帶
3、。這兩個電容應相差100倍（如0.1與0.001F），才能達到最佳效果 VLSI及高速元件，需要並聯的去耦合電容 去耦合電容通常為0.1F並聯0.001F 對50MHz以上及更高之clock頻率，使用0.01F並聯100pF,Approximate self-resonant frequencies of capacitors,* Surface mount, L = 1nH,Approximate self-resonant frequencies of inductor,Bead,三端子濾波器,電感器之選用，標示阻抗值以100MHz為準,Common Mode Choke Coils,Su
4、itable filter for input/output impedance,C型,型或多級型,F型或多級F型,反F型或多級反F型,L型,T型或多級T型,濾波器的作用,根據使用場合的不同，濾波器分為信號濾波器和電源濾波器 信號濾波器安裝在信號端口上 AC電源濾波器安裝在電源端口上 信號濾波器和電源濾波器在設計上之重點不同，信號濾波 器要考慮濾波器不能對工作信號有嚴重的影響，而電源濾 波器要注意當負載電流較大時，電感不能發生飽和,否則 電感會發生大的功耗. 從受干擾的角度看，差模干擾比共摸干擾危害性更大 從干擾發射的角度看，共摸干擾比差模干擾危害性更大 電磁干擾濾波器應該對這兩種干擾都有抑制
5、作用,案例一,濾波器放置靠近connector 所有走線皆先進入pad再走出，確實發揮濾波器效果,案例二,對電源端增加Cap.104pF or 102pF,案例三,Cable增加一個Core,案例四,兩個GND之間短路,案例五,AGND(類比區),DGND(數位區),依照Layout規則，需將兩區域用moat分開 Analog trace需走在AGND Digital trace需走在DGND 上圖乃其中一種走法，利用螺絲孔下地，另一種則是使用 芯片底下留通道或預留0電阻,修改方案:在信號端靠近 connector預留 Cap.對地 ( 以上必須PCB板夠大才行,太小就不需要做區分 ),靜電放
6、電保護Electrostatic Discharge Protection,Spark gaps放電間隙 銳角的三角形指向彼此相對，指尖相距最大10mil最小6mil。一端之三角形接地，另一端接到信號線. 高電壓電容器 這些電容必須放置在儘量靠近I/O連接器之處 Tranzorbs 和 TVS 半導體元件特別設計用在瞬間突波電壓之壓制 LC濾波器 低通LC濾波器，防止高頻之ESD能量進入系統,三角形直接連到信號線，沒有防焊塗料,三角形間有0.01吋之間隔距離,至地平面之貫穿孔,放電間隙之使用,Controller,接地平面,電源平面,I/O連接器,ESD保護措施,減小環路面積 (Minimiz
7、ing loop areas) 如果沒有使用電源平面的話（單層或雙層板），使所有的電源及接地路徑靠在一起。以減小環路面積 使信號線儘可能的靠近接地線，接地平面 在電源及接地之間加上高諧振頻率的旁路電容 使trace長度儘量短 在頂層及底層，沒有元件或電路用到的區域儘可能以接地平面填滿，並均勻放置GND Via,將ESD敏感元件以壕溝或是隔離於其他區域 將所有的接地連接以低阻抗之方式為之 以如Zener二極體或是Tranzorbs等元件提供暫態保護 將暫態保護元件接地至機殼接地，而非電路之接地 Ferrite物質除了有EMI壓制之作用外，對ESD電流也有極佳之衰減能力 間接ESD之電磁場，多層板
8、可提供10至100倍高於單層板之改善 護衛帶之導入Guard band implementation 放置一條32mm（1/8）之guard band在板子的四周，頂層及底層都需要 圍繞整個PCB每1/2吋就以貫穿孔連接到所有之接地平面,壕溝,壕溝（至板邊之粗線）,護衛帶（陰影區）,壕溝,由護衛帶至接地平面及機殼平面之接地貫穿孔,ESD護衛帶之使用,實際機箱上有許多洩漏源不同部分結合處的縫隙通風口 顯示窗按鍵指示燈電纜線電源線等,實際屏蔽體的問題,縫隙的洩漏,不同部分的結合處構成的縫隙是一條細長的開口，在平整的結合處也不可能完全接觸，只能在某些點接觸上，這構成了一個孔洞陣列，當縫隙很窄時，縫隙
9、之間的電容較大，其阻抗可以等效為電阻和電容並聯，由於容抗隨頻率升高而降低，因此有時在頻率較高時，屏蔽效能較高，增加金屬之間的搭接面積可以減小阻抗，從而減小洩漏,縫隙的處理,通過使用電磁密封襯墊，可以輕鬆的實現縫隙的電磁密封 電磁密封襯墊的兩個基本特徵是導電性和彈性 常用的襯墊有:銅指型簧片,導電橡膠,導電泡棉等,顯示器的處理,顯示窗可以採用兩種方法來防止電磁波洩漏 一種是在顯示窗前面使用透明屏蔽材料 一種是用隔離罩將顯示器件與設備的其他電路隔離開,隔離罩,通風口的處理,當屏蔽體的屏蔽效能要求不高，並且對通風量的要求不高時，可以採用穿孔金屬板，穿孔金屬板的優點是成本低，但屏蔽效能與通風量之間的矛
10、盾突出,孔徑 3mm,常用機構修改零件,鋁箔,銅箔,鋁箔泡棉&導電泡棉,另外尚有導電布,編織網,Mylar片.,案例一,利用導電泡棉增加S端子與鐵片的接觸性，可用帶有彈片的S端子替代之,案例二,於Debug時修正機構的洩露，可用重新修改機構填補之,散熱片之接地Grounded Heatsinks,幅射RF能量,有翅膀的散熱片,介電物質，導熱膠,元件之包裝,從包裝到主機板之I/O接腳,X,Y,將散熱片放置在元件包裝之上方，提供了一個比晶元與接地平面間距離Y還更接近晶元之金屬面X。 如果散熱片是金屬的，common-mode RF電流會耦合轉移到散熱片之上。此一金屬散熱片就變成是一個單極天線，因而幅射出元件內部之clock諧波至空間或附近電路板。,具有SMT去耦合電容Pads之元件之頂視圖,未接地之散熱片之機械圖,散熱片之接地Grounded Heatsinks,有翅膀的散熱片,固定位置,元件之包裝,籬笆mounting fence,頂視圖,接地之散熱片圖,側面圖,接地籬笆之通道,散熱片之外圍,散熱片接地在PCB上之位置,The End,
