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1、第五章第五章 PCB PCB的的电电磁兼容磁兼容设计设计 脉冲信号的频谱T1/d1/trdtr 谐波幅度电压或电流频率对数-20dB/dec-40dB/decAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttrf2地线和电源线上的噪声Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被被驱动电路路ICCI驱动驱动I充电充电I放电放电IgVg电源线、地线噪声电压波形输出ICCVCCIgVg1324寄生电容地线干扰线路板走线的电感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) /
2、 ( L1 + L2 - 2M ) 假设：假设：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII地地线线网格网格电电源源线线噪声的消除噪声的消除电源线电感电源线电感储能能电容容这个环路尽量小这个环路尽量小电源解耦电容的正确布置尽量使电源线与地线接近尽量使电源线与地线接近 解耦解耦电电容的容的选择选择C = dI dt dVZf1/2 LC各参数含义：各参数含义：在时间在时间dt内，电源线上出现内，电源线上出现了瞬间电流了瞬间电流dI，dI导致了电导致了电源线上出现电压跌落源线上出现电压跌落dV。 加加加加强强解耦效果的方法解耦效果的方法解耦效果的方法解耦效果的方法电源电源地地铁氧体铁氧体
3、留意铁氧体安装的位置留意铁氧体安装的位置接地线面接地线面细线细线粗线粗线用铁氧体添加用铁氧体添加电源端阻抗电源端阻抗用细线添加电用细线添加电源端阻抗源端阻抗线线路板的两种路板的两种辐辐射机理射机理差模辐射差模辐射共模辐射共模辐射电流环电流环杆天线杆天线电流环路产生的辐射近场区内近场区内: H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA / (2 D2) V/m ZW = Z02 D/ 远场区内远场区内: H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 AI随频率、间隔添加而添加 Z0 f、D导线的辐射近场区内近场区内: H
4、 = I L / (4 D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW = Z0 /2 D 远场区内远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI L随频率、间隔添加而减小 Z0 f、D实践电路的辐射ZGZLVZC = ZG + ZL近场：近场：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 V/m ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 V/m H = 7.96IA / D3 A/m远场：远场： E = 1.3 I A f 2 /D V/m环路面积环路面积 = AI常用的差模辐射预测公式思
5、索地面反射时：思索地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D V/m脉冲信号差模辐射的频谱频谱包络线频谱包络线差模辐射频率特性线差模辐射频率特性线脉冲的差模辐射包络线脉冲的差模辐射包络线 1/ d 1/ tr40dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg2.6 I A /D +40lg f 40dB/dec20dB/dec不同不同逻辑电逻辑电路路为为了了满满足足EMIEMI目的要求目的要求所允所允许许的的环环路面路面积积仅代表了一个环路的辐射情况，假设有N个环路辐射，乘以 N 。因此，能够时，分散时钟频率。如何
6、减小差模如何减小差模辐辐射？射？E = 2.6 I A f 2 / D低通滤波器低通滤波器布线电路中的强辐射信号 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m一切电路加电任务一切电路加电任务只需时钟电路加电任务只需时钟电路加电任务电流回路的阻抗LRIZ = R + j LL = / I A单层单层或双或双层层板如何减小板如何减小环环路的面路的面积积不良布不良布线举线举例例68HC1174HC00AB衔接衔接A、BE时钟随意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在线路板上没有布线的地方全部铺上地线是EMC设计吗设计吗？多多层层板能减小板能减小辐辐
7、射射信号信号1电源层电源层地线层地线层信号信号2低频高频DC0.5 1 10 100 1G110地线面的阻抗，地线面的阻抗，m / 平方平方地线面具有很小的地线阻抗地线面具有很小的地线阻抗地地线线面上的面上的缝缝隙的影响隙的影响模拟地模拟地数字地数字地A/D变换器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB线路板边缘的一些问题关键线时钟、射频等产生较强辐射无地线电源层地线层20H扁平电缆的运用地线一部分信号回流经过一部分信号回流经过ABCDABCD最好最好较好较好差差较好，但端接困难较好，但端接困难扁平电缆这两处都有地线这两处都有地线外拖电缆的共模辐射LI2HCPI3
8、I1CPVCM机箱内的机箱内的一切信号一切信号都会经过都会经过电缆辐射！电缆辐射！两端设备都接地的情况LCPICMRWRWL ZCM = RW + j L+RL+1/ j C悬浮电缆ICM近场区内近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m远场区内远场区内: E = 0.63 I L f / D V/m思索地面反射：思索地面反射： E = 1.26 I L f / D V/mL /2或或 /4时：时： E = 120I / D V/m电缆长度：电缆长度：L共模电流的丈量共模电流的丈量电流卡钳电流卡钳频谱分析仪频谱分析仪VdB VICM被测电流被测电流 IV传输阻抗：传输阻抗：Z
9、T = V / I 怎怎样样减小共模减小共模辐辐射射 E = 1.26 I L f / D 共模滤波共模滤波共模扼流圈共模扼流圈减小共模电压减小共模电压运用尽量运用尽量短的电缆短的电缆共模滤波共模滤波电缆屏蔽电缆屏蔽平衡接口电路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2添加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路共模回路改善量改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dBI/O接口布线的一些要点干净区
10、域滤波电容电源线衔接地线衔接信号滤波器信号滤波器隔离变压器/光耦隔离器桥壕沟壕沟时钟电路、高速电路滤波器电容量的选择R负载R源电容适宜电容过大 低速接口10 100kB/s 高速接口 2MB/s低速CMOS TTL上升时间 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns带宽 BW 320kHz 6MHz 3.2MHz 32MHz总阻抗 R 120 100 300 100150最大电容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF用屏蔽电缆抑制共模辐射CMCMDMCMCM屏蔽电缆的评价CMCMDMV辐射环路辐射环路VIZT = V / I不同屏蔽层的传输阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000传输阻抗传输阻抗m /mHz铝箔铝箔单层编织单层编织最正确单层编最正确单层编织织双层编织双层编织双层编织双层编织 + 一层一层 金属金属双层编织 + 双层金属实心铜实心铜屏蔽层的错误接法CM电缆屏蔽层的正确端接利用机械力将屏蔽层压紧金属衔接器护套指形簧片护套与屏蔽层端接导电弹性衬垫衔接器上紧螺纹航空衔接器D形衔接器线路板上的部分屏蔽利用一层铜箔做屏蔽盒面屏蔽盒的接地间隔 / 20一切穿出屏蔽盒的导线经过滤波片状电容
