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1、-范文最新推荐-1 / 20印制板的电磁兼容设计+Multisim 对原理图仿真摘要：随着电子技术发展，电子产品的电磁兼容问题日益突出，电磁兼容性能越来越引起人们的关注。本文针对印制板的电磁兼容问题，从原理图设计阶段和 PCB 设计阶段两方面进行考虑，分析了印制板中产生电磁干扰问题的原因，提出了印制板的布线布局、电路中接地、去耦、滤波、屏蔽等解决办法。采用Multisim 对原理图进行仿真，利用 Altium Designer 对PCB 进行分析，验证了解决方案的合理性。根据仿真分析的结果，得出高速 PCB 板电磁兼容设计的规则。关键词：印制板；电磁兼容；电磁干扰；仿真；优化 4238 The
2、 EMC Analyzing Base on the PCB DesignAbstract: With the development of science and technology, the electron devices produce more problems of EMC, people care more and more about the electromagnetic compatibility of a product. This paper mainly introduces the electromagnetic compatibility design of t
3、he PCB board. The design take schematic design and PCB board design into account. At the first, the article analyzes the source of produce electromagnetic interference problems, then, give out some solutions include layout, grounding, decoupling, filtering and so on. The software Multisim is adopted
4、 to execute simulation to the schematic pictures, the software Altium Designer is adopt to optimize and analysis to the PCB board. Verification my schemes are correct. According to the result, obtains the electromagnetic compatibility design rules for high-speed PCB board.Key Words: PCB; EMC; EMI; S
5、imulation; Optimization目录-范文最新推荐-3 / 20摘要 1引言 11.电磁兼容的基本问题 21.1 电磁骚扰和电磁干扰 31.2 电磁敏感度 31.3 电磁兼容研究内容 41.4 电磁兼容研究中常用术语 52.PCB 电磁兼容设计 5 另外，产品电磁兼容问题的解决直接影响着产品的市场和企业的发展。为了减少电磁污染，使电子设备都能正常工作，许多国家的进口管理都将 EMI/EMC 规范加了进去，强制执行电磁兼容标准，尤其是欧美国家，电磁兼容标准已经写入法律，任何电子厂商必须执行。然而，我国电磁兼容研究起步比较晚，在商用产品上的电磁兼容标准和规范和世界先进国家还有较大差距
6、。部分企业甚至还在采用传统流程图对产品进行设计，传统的流程图在设计流程中不使用任何分析和测量工具，只有通过做好 PCB 后对其进行功能、性能的验证，才能知道产品是否存在电磁兼容问题。发现问题之后，很难确定具体是哪一块儿出了问题，即使确定了，在下次设计中仍然可能继续存在。于是，本文就从印制板的电磁兼容出发，在设计的各个阶段，分析产生电磁干扰问题的源头，并提出了相应的解决办法。1. 电磁兼容的基本问题电磁兼容又叫 EMC，是指电子设备在各种电磁环境下仍然可以正常工作，并且不影响在同一环境中的其他电子设备的能力。简单来说，就是在同一电磁环-范文最新推荐-5 / 20境下工作的各种电气电子设备和元器件
7、都能正常工作，互不干扰，实现和谐共存的状态。它是一门综合性学科1 。电磁兼容所包含的内容如图 1 所示。图 1 电磁兼容包含内容1.1 电磁骚扰和电磁干扰想要解决电磁兼容问题，就必须首先了解电磁骚扰和电磁干扰的概念。(1) 电磁骚扰所谓电磁骚扰是指任何可能引起设备性能下降或对生命物质产生损害的电磁现象。由机器设备或其他人为的装置所引起的电磁骚扰，称为人为骚扰；而来源于自然现象的电磁骚扰，叫做自然骚扰2。 (2) 耦合通道，也叫耦合途径或者传播途径，是指把能量从骚扰源耦合到敏感设备上，并使该敏感设备产生响应的媒介。它可以是导线，也可以是空间。(3) 敏感设备，指对 EMI 产生响应的设备。所有的
8、电子电路都能够接收电磁干扰。所有 EMI 都由以上三个因素组合而成的，缺一不可，电磁兼容的研究就是围绕着这三个要素进行的，只要解决其中一个因素，电磁兼容问题就不复存在。因此，解决电磁干扰的产生有三个基本途径：降低电磁骚扰源产生的骚扰、切断耦合通道、提高敏感设备的抗干扰能力5。除此之外，电磁兼容的研究内容还包括 EMC 控制技术、测量技术以及分析预测等。1.4 电磁兼容研究中常用术语(1) 电磁兼容性 EMC（Electromagnetic Compatibility）-范文最新推荐-7 / 20电磁兼容性体现在两方面的内容：电子设备或系统在预期的电磁环境下能够正常工作且无性能的降低或者故障的出
9、现；不会成为电磁环境中的电磁干扰源。通俗的说，就是不同设备之间互不干扰，能够实现良好的共存状态。(2) 电磁干扰 EMI（Electromagnetic Interference)电磁干扰是由电磁骚扰引起的电子设备相互影响，设备、传输通道或系统性能下降等不良后果的电磁现象。(3) 辐射发射 RE (Radiated Emission)通过空间传播的、有用的或不希望有的电磁能量。(4) 传导发射 CE (Conducted Emission)沿电源或信号线传输的电磁发射。 (5) 电磁敏感性 EMS（Electromagnetic Susceptibility)设备暴露在电磁环境下所呈现的不希望
10、有的响应程度。即设备对周围电磁环境敏感程度的度量。电磁敏感意味着电磁环境已经造成设备性能的降低。(6) 辐射敏感度 RS（Radiated Susceptibility)对造成设备性能降级的辐射骚扰场的度量。(7) 传导敏感度 CS（Conducted Susceptibility) 电容按其在电路中的作用可以分为旁路电容和去耦电容：旁路电容：旁路电容的主要作用的对交流旁路，滤掉从敏感区域进入的干扰。旁路电容主要担当高频的旁路器件，来减少在电源部分的瞬态电路的要求。通常，铝和钽电容是旁路电容的最佳选择，它们的取值取决于 PCB 上瞬态电流的需要， 但是通常取值在-范文最新推荐-9 / 2010
11、 470μF，假如 PCB 上有许多集成电路，开关电路和 PCB 上带有长导线的程序存储单元，可能需要更大的电容。去耦电容：在有源器件开关时产生的高频开关噪声通过电源线向其他地方散播，去耦电容的主要作用是局部稳定有源器件的直流电源，减小通过板子传播的开关噪音，将这些噪音去耦到地。取值一般为10100μF，如果能接 100μF 以上更好。理想情况下，旁路电容和去耦电容应该放在电源入口处，尽量靠近并放置在一起，用做旁路，滤掉高频噪声。去耦电容的取值大约是旁路电容的百分之一到千分之一，导线的电阻会降低其滤波作用，因此，在放置时去耦电容应当尽量靠近 IC。陶瓷电容去耦作用较好，经常被
12、用做去耦电容，其取值的大小由最快信号的上升/下降沿的时间所决定。举例来说, 对于一个 33MHz 的时钟频率，使用 4.7nf 到 100nf 的去耦电容，而对于 100MHz 的时钟频率，要使用 10nf。另外，电容的等效串联电阻也会影响电容的去耦作用，最好选用等效串联电阻小于1Ω的电容。(4) 电感的选择电感是电场和磁场的连接器件。因为可以和磁场相互影响固有的本性，所以电感比其他元器件更敏感。和电容一样，当我们恰当的应用电感时，它可以解决许多 EMC 问题。在交流滤波中，一种广泛使用的带电感的滤波方法就是使用一种叫做共模扼流圈的电路，如图 3 所示。图 3 共模扼流圈 在公式(
13、1)中, 是铜的电阻率，Z 是走线的长度，X是走线的宽度，Y 是铜箔的厚度。从公式中很容易看出，减小寄生电阻的方法是减小走线的长度，采用较-范文最新推荐-11 / 20宽的走线和减小铜箔的厚度。寄生电容的计算公式为：(2)公式(2)中，k 是介质的介电常数，A 为板的面积，d 是板间的距离。走线与焊盘、走线与下面的电源平面或地平面都会构成寄生电容。从式子中我们很容易看出，加厚板子，减小走线焊盘的面积，或者去掉电源或地平面可以有效减小寄生电容的影响。尤其是在运算放大器电路中，输入端的寄生电容会降低系统的相位裕量，影响系统的稳定性。寄生电感的计算公式为：(3)在公式(3)中， 是走线长度，w 为走
14、线宽度，h 为铜箔厚度，很容易计算出若走线长度减小一半，寄生电感减小约 44%；若走线宽度增大一倍，寄生电感约减小 11%；可见，减小走线的长度是抑制寄生电感更有效的方法。另外，使用地平面也可以有效减小寄生电感。虽然在单一的走线上这些值都是很微小的，但是大量走线中这些微小的值叠加在一起，其干扰是不可忽略的，所以，根据以上描述，综合考虑，在 PCB 布局中我们可以得到以下规则：(1) 增加走线之间的距离可以减小电容耦合的串扰；(2) 将电源和地平行布置来最大化 PCB 的电容；(3) 将敏感及高频的走线尽量远离高干扰的电源走线；(4) 加宽电源和地的走线来减小电源线和地线之间的阻抗。2.2.2 分割和线路的布局 -
