创维EMC设计和案例分析精讲

屏蔽策略的隐患：
机箱及屏蔽材料的变形 及损坏，产生电磁泄漏。
思考？
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2.电磁兼容性的应对策略
EMC对策新理念：
系统工程 师全部把 握的体现
EDA工程 师设计经 验的体现
电子工程 师设计水 平的体现
为什么我们 总是停留在 这个层次？
思考？
Tips：对EMI产生和抑制机理有的充分认识是关键。
10～470uF之间。
退耦电容的作用：
思考:是否都使 用大容量电容
去掉器件高频开关噪声，将高频
就可以解决问
噪声引导到地，退耦电容一般选取1～100nF之题间呢。?
不同退耦电容有不同的谐振频率（0805封装）
电容值
谐振频率
100nF 10nF 1nF
16MHz 50MHz 160MHz
思考：并非容 值越大，退耦 效果越好，为
信号频率与干扰频率一致，不能采用滤波；
频率提高，布线、屏蔽体、机箱等成为天线；
高频信号耦合到电缆，由电缆发射；
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2.电磁兼容性的应对策略
用屏蔽能解决所有的EMC问题？
设计最后阶段解决EMC 问题的唯一办法是：
屏蔽和滤波
这种对策的结果是：
有利于通过EMC，但是会 恶化内部干扰，影响设 备稳定性，增加抗干扰 的要求。
如果一定要采 用分割的地， 则要建立“地 连接桥”。
思考：如果信 号回流的桥连 “地” 跟电源 的公共接地点 矛盾怎么办？
模拟分割优先信号回 流地； 数字分割折中信号回 流地和电源回流面积， 建议井型布地。
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性
地反弹现象的防止
其中一个输出引脚的波形
感性降低
感性失效
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1.电磁兼容性的基本原理
电磁兼容（EMC）的三要素：
干扰源：
全局时钟信号，高速芯片输出，系统总线，大电流、 高电压的高频信号。
耦合机制：
空气，电路板介质，布线环路，线间电容耦合，直 接连接。
敏感系统：
高阻输入线，模拟小信号，锁相环电路，高频、中 频信号放大。
良好的电源滤波
选择旁路、退耦电容设计
旁路 电容 10～ 47uF
实际滤 波效果
思考： 退耦电 容位置
退耦 电容
1～ 100nF
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2.电磁兼容性的案例分析
良好的电源滤波
旁路电容的作用：
减少器件对电源模块瞬间电流的需求，通常使用铝电解或
者钽电解电容，容值取决于器件瞬间电流的需求，一般
Tips：设计中有意识的对敏感信号做保护， 适当的加入屏蔽、滤波、隔离等手段，提 高敏感系统的抗干扰能力。
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1.电磁兼容性的基本原理
电磁兼容问题解决的 层次：
最有效、 最主动 的策略
积极的应 对策略
不得已而 为之的补 救方法
找出干扰源
隔断耦合路径
屏蔽敏感系统
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时域波形：
域谱结构：
Tips：信号占用的带宽远远大于信号实际周期！
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1.电磁兼容性的基本原理
电感电容在频率升高时的变化：
|Zc|
|Zr|
SF
R
ES R
C
Frequency
L
电容：|Zc|＝1/(2×PI×f×C) 容性降低
Frequency 容性失效
电感：|Zr|＝2×PI×f×L
辐射型
通过天线效应耦合，属 于远场耦合。
Tips：只有通过分析 清楚可能的耦合模型， 破坏耦合路径，才能 减轻耦合干扰的能量。
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1.电磁兼容性的基本原理
常见的一些需要保护的敏感系统
高阻输入信号、静态电平的信号。这些信号容 易感应外界强烈电磁干扰，造成误输入。
模拟小信号，如高频头的高放、中放电路等， 芯片的PLL电路，对电源纹波，空中辐射要求 很高。
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2.电磁兼容性的应对策略
EMC的及早考虑：
EMI/EMC是项系统工程
早考虑 ，成本低，手段多，效率高；
需要产品所有组件协同配合，包括结构设计。
专家的经验——PCB设计的很多规则
设计能全部按照设计规则执行吗？
尽信书不 如无书！
所有的理论在所有场合都正确吗？
仿真技术
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2.电磁兼容性的应对策略
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2.电磁兼容性的应对策略
传统EMC对策
探测 火苗
查找EMI问题的方法：频谱仪＋近场探头
采取的手段：屏蔽＋滤波 传统对策遇到新问题：
把“火苗” 捂在设备
内部
需要考虑设备内部【板间，板内信号间】EMI问题， 不能使用屏蔽/滤波手段；
屏蔽和滤波会增加重量、成本；
•阻抗受控的过孔策略：
•利用一种新的“类似同轴 的”通孔结构来避免标准 通孔出现的严重阻抗失配 问题。这种结构以一种特 殊的配置将接地通孔放置 在信号通孔四周。
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2.电磁兼容性的案例分析
良好的电源滤波
选择旁路、退耦电容设计
减少电源供电回路的面积
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2.电磁兼容性的案例分析
什么是地反弹现象？ 对于GND1的电位影响：
等效一 个串接 的电感
GND1 IC?
VI/O II/O
GND2 VCC
参考地平面
VGND1
VCC
思考：如果很多
IO同步翻转呢？
GND2
GND1
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GND1并非参考地平面 的电位，造成了所谓的
地反弹现象
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性
地反弹现象的防止
降低开关速度。
增加地引线，特别是芯片内部 多个地线引出引脚，在印制板 上分开接地。
高速输出口线 加入阻尼电阻
对输入电路分配一个地参考引 脚（一般高速芯片接口都有）。
采用差分输入方式。
GND VIA 多点接地
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2.电磁兼容性的案例分析
信号完整性和电磁兼容性折中考虑
2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗 良好的电源滤波 尽可能保证地平面的完整性 信号完整性SI和电磁兼容EMC的折中
电磁兼容性的案例非常 多，我们只需要掌握别 人一些成熟的经验，通 过实践发展自己的经验， 就渐渐得心应手了……
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗 线宽均匀 拐角圆滑 少打过孔
磁场型干扰产生的原因：高频信号回流面积相互重叠。
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尽可能地减小 环路的大小。 避免信号返回 线路共享共同 的路径这种情 况
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性 地平面分割策略
不能跨越分割间隙
布线，一旦跨越了
分割间隙布线，电
磁辐射和信号串扰
接
都会急剧增加。
地
点
不恰当的地平面、
四层板一般总厚度（上下薄膜、中间板基型）：1.58mm（62mil）， 中间厚度：0.9mm（35mil）
上下薄层厚度：0.33mm（14mil），铜皮厚度：0.05mm（2mil）
t
W
h
常用印制电路板的材料： FR-4（εr在4.5～5
εr
之间）
75Ω微带线：w≈h；50Ω微带线：w≈2h；
线宽 双面
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性
思考：如果
回流地路径分析
回流路径被
隔断了会怎
不同频率信号的“地”回流路径不一样么。呢？
低频：最小电阻【最短距离】 高频：最小阻抗【最小面积】
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性
回流地路径分析
线径W越宽，距电源/地铜皮距离h越近，或隔离层 的介电常数e越高，特征阻抗Z0就越小。
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗——线宽均匀
微带线跟线宽的关系
双面板的微带线模型关键参数：板厚h，铜皮厚度t，线宽W和介电 常数εr 。
双面电路板一般厚度：1.68mm（66mil），铜层厚度：0.05mm （2mil）；
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗——拐角圆滑
过孔时候的拐角也要圆滑
过孔走线避免拐90度，避免走锐角。
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2.电磁兼容性的案例分析
保持连续的走线阻抗——少打过孔
过孔阻抗突变效应
过孔带来相当于90度走线的突变效应，改变了走线阻抗。
60mil的 90度拐角
电源平面的分割，
给高速信号传输带
来严重的EMI、
EMC隐患。
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性 地平面分割策略
信号线穿过 地平面裂缝
地平面完整 减少了大部 分EMC/EMI
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2.电磁兼容性的案例分析
尽可能保证地平面的完整性 地平面分割策略
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IC1、IC2、IC3的电源供电 回路重叠面积很小，电源 滤波容易实现。
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2.电磁兼容性的案例分析
良好的电源滤波
减少电源供电回路的面积 电源、地布线靠近，减少磁辐射面积