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PCB的EMC设计

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--PCB的EMC设计部分
Compliance Direction Systems Inc. (加拿大)容向系统科技有限公司

电磁兼容测试分类
电磁干扰测试 【EMI】 电磁兼容测试 【EMC】 电磁敏感度测试 【EMS】 传导EMI测试 【CE】 辐射EMI测试 【RE】 传导EMS测试 【CS】 辐射EMS测试 【RS】
容向系统——电磁兼容专家,不仅仅是因为我们能实时看见电磁场

EMI设计技术
认证测试的需要,85%的问题集中在 EMI辐射问题 目前国内测试、调试经验及手段缺乏 产品稳定性和可靠性的需要 电子企业长远发展的需要 主要工作都可以集中在PCB设计阶段进 行 对于产品设计来说,在PCB阶段进行电 磁兼容设计是最经济高效的。
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EMS设计技术
PCB的EMS设计技术,与PCB的EMI设 计技术类似
控制地平面完整性【双层板采用地网格】 控制电流回路面积 控制“天线”的产生
其他EMS设计技术
金属机箱和PCB的距离控制【减小耦合】 接地技术【旁路干扰电流】 滤波技术【滤除干扰电流】
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--PCB的EMI设计部分
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高速PCB?
与工作频率无关,仅与所使用的器件有关 fknee=1/(π*Tr),Tr=1ns,则fknee=320MHz
谐 波 幅 度
第一转折频点
( 电 压 或 电 流 )
第二转折频点
1/πTd
1/πtr
频率(对数)
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EMC产生的三个要素 干扰源 传播路径 被干扰的对象
频率越高,越可能是辐射耦合的路径; 频率越低,越可能是传导耦合的路径。
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处理EMI的五个主要考虑点
频率:产生问题的频率在哪里 ; 强度(振幅):源头能量有多强,其引起有害 干扰的潜力有多大; 时间:是否连续的(时钟信号)或是只存在于 一定的运行周期(例如,磁碟机的写入动 作); 阻抗:源头与接受者两者的阻抗值各为多少? 以及两者之间传输机制的阻抗值为多少 ; 大小:辐射物件的实体大小如何。RF电流可经 由等于波长整数倍的机壳缝隙逸出。在PCB上 的走线长度也是RF电流的传输路径 ;
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PCB的基本概念
微带线:指PCB外层走线,经一介电物质邻接 一整片平面 。
表面微带线
埋入微带线
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PCB的基本概念
带状线:信号层介于两个完整平面(电源或地) 之间。
单一线(一个信号层)
两个带状线(两个信号层)
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微带线与带状线的对比
微带线:提供PCB上的RF控制,适用较快的时钟及逻辑 讯号(较小的耦合电容及较低空载传输延迟)。微带 线的缺点是此PCB外部信号层会辐射RF能量进入 环境,除非在此层的上下加入金属屏蔽。 带状线:可以达到更好的RF辐射控制,但只能用在较 低的传输速度(因信号层介于两个完整平面之间,两 平面间会有电容性耦合,导致降低高速信号边缘速率 (边缘速率))。带状线电容耦合效应在边缘速率快 于1ns的信号较为显著。使用带状线的主要效应是对内 部走线RF能量的完整屏蔽,因而对射频辐射有更好的 抑制能力。
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PCB分层考虑
元件面、焊接面:敏感信号线及总线
方便调测,易于控制 一般建议:元件面布放
第二层、倒数第二层:地/电源层
保证元件面和焊接面敏感信号线的SI。
4层板:S1/G/P/S2,S1放置主要信号线 6层板:S1/G/S2/P/G/S3,S1/S3主要信号 6层板:S1/S2/G/P/S3/S4
适合于:电源种类少,S1、S4能大面积敷铜
8层板:S1/G/S2/G/P/S3/G/S4
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PCB分层考虑
电源层旁边安排一个 完整的地层,滤除 300MHz以上的干扰
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20-H规则
20-H规则适用与电源与地平面,H指两 平面间的距离。 20-H规则 :减少高速PCB的RF电流“散 射”现象。
在10-H时,此平面的阻抗变化开 始发生。 在20-H时,达到70%的通量边界。 在100-H时,达到98%的通量边界。
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接地方式-单点接地
当元件电路及信号连线的速度在1MHZ以 下时,单点接地是最好的方式。 较高的频率,连线走线的电感会增加PCB 的阻抗 。 应用单点接地通常是信号以辐射状传 递,产品如音频线路、模拟仪器,60HZ 及DC 电源系统,及装设在塑料壳内的系 统。
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接地方式-多点接地
高频产品设计通常是使用多点机壳接地。 多点接地,将RF电流连接到由地平面至 机壳的地,可减少由PCB电源平面出来的 地阻抗。完整平面的低电感特性造成低 的平面阻抗。在很高频的电路上,零件 的引脚应尽量减短。
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接地及信号回路
RF能量的传递上,环路(环路)是主要 的贡献者。 RF电流会经由任一路径以返回至源头, 这个路径可能是其走线路线的镜像,或 是其邻近的路径、电源平面、接地平面、 或机壳平面。 PCB上的EMI控制,最重要的考虑点在于 地或信号返回路径的控制。 如何使用多点接地,回路的考虑是一个 主要的课题。
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差模与共模
共模电流
差模电流
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线路板的两种辐射机理
差模辐射 共模辐射
电流环
杆天线
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共模和差模对EMC测试的影响
对于EMC测试: 共模辐射比差模辐射的影响要大100-1000倍 例子:上升沿5ns的38MHz时钟: 共模电流 差模电流 B极限值 10米电缆上 3×3cm的电流环路上 @10米 0.0015mA的电流 15mA的电流 dBuV/m 谐波MHz E场dBuV 谐波MHz E场dBuV 38 33 38 33 30 114 33 114 33 33 266 33 266 33 33 容向系统——电磁兼容专家,不仅仅是因为我们能实时看见电磁场 494 33 494 33 35.5

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