PCB的电磁兼容设计 杨继深 2002年4月

脉冲信号的频谱 tr d T V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf 谐波幅度 （电压或电流） A T -20dB/dec V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2 -40dB/dec 1/tr 1/d 频率（对数） 杨继深 2002年4月

上升沿越陡高频越丰富 杨继深 2002年4月

地线和电源线上的噪声 VCC ICC R2 R4 R1 Q3 Q2 I驱动 Q1 被驱动电路 R3 Q4 I充电 Vg Ig I放电 杨继深 2002年4月

电源线、地线噪声电压波形 输出 ICC VCC Ig Vg 杨继深 2002年4月

地线干扰对电路的影响 1 3 寄生电容 2 4 杨继深 2002年4月

线路板走线的电感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H I I M L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2 杨继深 2002年4月

地线网格 杨继深 2002年4月

电源线噪声的消除 电源线电感 这个环路尽量小 储能电容 杨继深 2002年4月

电源解耦电容的正确布置 尽量使电源线与地线靠近 杨继深 2002年4月

解耦电容的选择 dI dt C = dV 各参数含义： 在时间dt内，电源线上出现了瞬间电流dI，dI导致了电源线上出现电压跌落dV。 Z f 1/2 LC 杨继深 2002年4月

增强解耦效果的方法 接地线面 电源 铁氧体 用铁氧体增加电源端阻抗 注意铁氧体安装的位置 地 粗线 细线 用细线增加电源端阻抗 杨继深 2002年4月

多个电容并联加强解耦效果 杨继深 2002年4月

线路板的两种辐射机理 差模辐射 共模辐射 杆天线 电流环 杨继深 2002年4月

电流环路产生的辐射 近场区内: H = IA / (4D3) A/m E = Z0IA / (2D2) V/m A ZW = Z0（2D/）  远场区内: H = IA / ( 2D) A/m E = Z0  IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377  A I 随频率、距离增加而增加 Z0 f、D 杨继深 2002年4月

导线的辐射 近场区内: H = I L / (4D2) A/m E = Z0I L  / (8 2 D3) V/m ZW = Z0（/2D）  远场区内: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/m I L 随频率、距离增加而减小 Z0 f、D 杨继深 2002年4月

实际电路的辐射 ~ ZC = ZG + ZL 环路面积 = A ZG I ZL V 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： E = 1.3 I A f 2 /D （  V/m） 杨继深 2002年4月

常用的差模辐射预测公式 考虑地面反射时： E = 2.6 I A f 2 /D （  V/m） 杨继深 2002年4月

脉冲信号差模辐射的频谱 EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f f 1/d 1/tr f 差模辐射频率特性线 频谱包络线 - 20dB/dec 40dB/dec - 40dB/dec f 1/d 1/tr f 20dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec 脉冲的差模辐射包络线 f 杨继深 2002年4月

不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积 仅代表了一个环路的辐射情况，若有N个环路辐射，乘以  N 。因此，可能时，分散时钟频率。 杨继深 2002年4月

如何减小差模辐射？ E = 2.6 I A f 2 / D 低通滤波器 布线 杨继深 2002年4月

电路中的强辐射信号 dBV/m dBV/m 只有时钟电路加电工作 所有电路加电工作 1 10 100 1000 1 10 100 1000 1 10 100 1000 只有时钟电路加电工作 所有电路加电工作 杨继深 2002年4月

电流回路的阻抗 I Z = R + jL L =  / I   A L R ~ ~ 杨继深 2002年4月

单层或双层板如何减小环路的面积 杨继深 2002年4月

不良布线举例 68HC11 E时钟 B 74HC00 A 连接A、B 杨继深 2002年4月

随便设置的地线没有用 杨继深 2002年4月

多层板能减小辐射 地线层 低频 高频 10 1 地线面具有很小的地线阻抗 DC~0.5 1 10 100 1G 信号1 电源层 信号2 地线面的阻抗，m/ 平方 地线面具有很小的地线阻抗 杨继深 2002年4月 DC~0.5 1 10 100 1G

地线面上的缝隙的影响 L L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV   75mm 模拟地 数字地 A B A/D变换器 杨继深 2002年4月

过孔的阻抗 nH/cm PGA 128-pin 25 50 75 100 C/4 PGA 与过孔之间的距离 mm 1.5mm 100 10 0.1 25 50 75 100 C/4 PGA 与过孔之间的距离 mm 杨继深 2002年4月

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 杨继深 2002年4月

扁平电缆的使用 较好，但端接困难 最好 较好 差 D C B A 扁平电缆 这两处都有地线 一部分信号回流经过ABCD 地线 杨继深 2002年4月

注意隐蔽的辐射环路 信号线+电源+地线 信号线 信号线 电源/地线 电源/地线 电源/地线 电源 电源 杨继深 2002年4月

环路对消概念减小辐射 杨继深 2002年4月

时钟线避免换层 ？ 杨继深 2002年4月

外拖电缆的共模辐射 L I1 I2 CP H I3 CP 机箱内的所有信号都会通过电缆辐射！ VCM 杨继深 2002年4月

两端设备都接地的情况 RW L ～ RW L CP ICM ZCM = RW + jL+RL+1/ jC 杨继深 2002年4月

悬浮电缆 近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m 远场区内: E = 0.63 I L f / D V/m ICM 电缆长度：L 近场区内: E = 1430I L / (f D3) V/m 远场区内: E = 0.63 I L f / D V/m 考虑地面反射： E = 1.26 I L f / D V/m L /2或/4时： E = 120I / D V/m 杨继深 2002年4月

共模电流的测量 电流卡钳 ICM 频谱分析仪 VdBV 被测电流 I V 传输阻抗：ZT = V / I 杨继深 2002年4月

怎样减小共模辐射 E = 1.26 I L f / D 使用尽量短的电缆 共模滤波 共模扼流圈 共模滤波 减小共模电压 电缆屏蔽 杨继深 2002年4月

平衡接口电路 +Vcc Z0/2 +V -V Z0/2 -Vcc 杨继深 2002年4月

增加共模回路的阻抗 改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) PCB PCB 共模回路 改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg[(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2)] =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dB 杨继深 2002年4月

铁氧体磁环使用方面的一些问题     300个 30个 ½匝 无偏置 有偏置 1½匝 125 600 1250 4500 1 10 100 1000 0.1 1 10 100 1000   ½匝 无偏置 有偏置 1½匝 杨继深 2002年4月

I/O接口布线的一些要点 隔离变压器/光耦隔离器 滤波电容 电源线连接 地线连接 信号滤波器 干净区域 时钟电路、高速电路 桥 壕沟 杨继深 2002年4月

滤波器电容量的选择 R源 R负载 低速接口 10 ~ 100kB/s 高速接口 2MB/s 低速CMOS TTL 上升时间 tr 电容合适 R源 R负载 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 0.5~1s 50ns 100ns 10ns 带宽 BW 320kHz 6MHz 3.2MHz 32MHz 总阻抗 R 120 100 300 100~150 最大电容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF 杨继深 2002年4月

用屏蔽电缆抑制共模辐射 DM CM CM CM CM 杨继深 2002年4月

屏蔽电缆的评估 DM CM CM V 辐射环路 ZT = V / I I 杨继深 2002年4月 V

不同屏蔽层的传输阻抗 传输阻抗（m /m） 10000 单层编织 铝箔 1000 最佳单层编织 100 双层编织 10 1 双层编织 + 一层金属 双层编织 + 双层金属 0.1 0.01 实心铜 0.001 Hz 102 103 104 105 106 107 108 杨继深 2002年4月

屏蔽层的错误接法 CM 杨继深 2002年4月

电缆屏蔽层的正确端接 D形连接器 航空连接器 连接器上紧螺纹 指形簧片 护套与屏蔽层端接 利用机械力将 屏蔽层压紧 金属连接器护套 导电弹性衬垫 杨继深 2002年4月

D型连接器的屏蔽层搭接 杨继深 2002年4月

圆形连接器屏蔽层搭接 杨继深 2002年4月

接线端子上的屏蔽电缆 杨继深 2002年4月

尽量减小小辨接法的危害 杨继深 2002年4月

线路板上的局部屏蔽 片状电容 利用一层铜箔做屏蔽盒面 所有穿出屏蔽盒的导线经过滤波 屏蔽盒的接地间隔 <  / 20 杨继深 2002年4月