PCB印制电路板-电磁兼容设计在印制电路板中的应用 精

本文由jimmy3973贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 http://.cqvip. 电 子工 程 师 ．８Ｎｏ １ ２０ ２ ． ０ ２ 电 磁 兼 容 设 计 在 印 制 电 路 板 中 的 应 用 Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｐｌｃ ｔｏ ｆＥＭ Ｃ ｓ ｇ ｎ ＰＣＢ Ｄｅ ｉ ｎ ｉ 北 方 交 通 大学 电磁 兼 容 实验 室 （ 京 １０ ０ ） 北 ０ ０ ０ 柴 瑜 沙 斐 【 摘 要】 讲 述 了印制 电路板 的 电磁 兼容设 计 。从 元 器件 的布置到 地 线 、 电源线 以爰 信 号 线 的设计 ， 最后 又介 绍 了 多层板 设计 时 的一 些问题 。 关键词 ： 电磁 兼 窖 ， 电磁 骚扰 ， 共模辐 射 ， 差模 干扰 【Ａｂ ｔａ ｔ［ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｃ ｍｐ ｔｂｌ ｙ ｅ ｉｎ ｏ ｈ ｓｒ ｃ ］ ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｏ ａ ｉ ｉｔ ｄ ｓｇ ｆ ｔ ｅ ｉ ｐ ｉ ｔ ｄ ｃｒ ｕｔ ｂ ａ ｄ ｒ ｎ ｅ ｉｃ ｉ ｏ ｒ ｓ，ｉ ｃ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｆｅ ｅ ｎ ｓ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｒ ｕ ｄ ｔ ａ ｅ ｎ ｌ ｄ ｎ ｈ ｒ ａ ｇ ｍｅ ｔ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ，ｔ ｅｄ ｓ ｇ ｆｇ ｏ ｎ ｒ ｃ 、 ｍａ ｎ ｔａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｌ ｔａ ｅ Ａｔ ｌ ｓ ． ｉ ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｓ ｍｅ ｐ ｏ ｌｍ ｓ ｏ ｉ ｒ ｃ ａ ｄ ｓ ｇ ａ ｒ ｃ ． ａ ｔ ｔ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｒ ｂ ｅ ｆ ｍｕ — ｙ ｒ ｒｎ ｅ ｈｉ ａ ｅ ｐ ｉ ｔ ｄ ｌ ：ｒ ｕ ｔ ｂ ａ ｄ ． ｉｃ ｉ ｏ ｒ ｓ Ｋｅ ｗｏｒ ： ｌｃ ｒ ｍ ａ ｎｅｉ ｏ ｐａ ｉ ｉｉｙ， ｅ ｅ ｔ ｏ ａ ｎ ｔｃ ｙ ｄｓ ｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ｔｃ ｃ ｍ ｔｂ ｌｔ ｌｃ ｒ ｍ ｇ ｅ ｉ ｄｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｕ ｂ ｎ ｅ， ｃ ｍ ｍ ｏｎ ｏ ｅ ｏ ｍ ｄ ｒ ｄｉ ｔｏｎ．ｄｉｆ ｒ ｎｔａ ｏ ｎ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ａ ａｉ ｆ ｅ ｅ ｉ ｌｍ ｄｅ ｉ ｔ ｒ ｅ ｅ ｅ １ ０ 言 ｌ 电 磁 兼 容 性 是 电 子 设 备 或 系 统 的 主 要 性 能 之 一 ２ 单、 双层印制 电路板的电磁兼容设计 印制 板 上 的 电路 虽然 各 式各 样 ， 就 布线 和设 但 计 而 言 总 是 有 些 共 同 的 原 则 应 该 遵 循 。 在 印 制 板 布 线 时 通 常 先 确 定 元 器 件 在 板 上 的 位 置 ， 后 布 置 地 然 线 、 源 线 ， 安 排 高 速 信 号 线 ， 后 考 虑 低 速 信 号 电 再 最 线 ， 在 分 别 加 以讨 论 。 现 ， 电磁兼 容设 计是 宴现设 备或 系统 规定 的功 能 、 使 系统 教 能 得 以 充 分 发 挥 的 重 要 保 证 。 必 须 在 设 备 或 系 统 功 能 设 计 的 同 时 ， 行 电 磁 兼 容 设 计 。 磁 兼 容 进 电 设 计 的 要 求 是 使 电 子 设 备 或 系 统 满 足 电 磁 兼 容 标 准 的 规 定 、 有 两 方 面 的 能 力 ： １ 能 在 预 期 的 电 磁 环 具 （） 境 中正 常工 作 ， 性 能降 低 或 故 障 ； ２ 不会 对 其 他 无 （） 系统 或 设备 的正 常工 作 产 生影 响 ． 为其 电磁 环境 成 中 的 电磁 污 染 源 。 电磁兼 容设 计可 分 为 系统 内和 系统 间两部 分 ， 主 要 是 对 系 统 之 间 及 系统 内部 的 电 磁 兼 容 性 进 行 分 析 、 测 、 制 和 评 估 ， 现 电 磁 兼 容 和 最 佳 效 费 比 预 控 实 系统 间电磁骚 扰控 制技 术包括 ： 有用 信号 的控 制、 对 对 人 为 骚 扰 的 控 制 、 自然 骚 扰 源 的 控 制 。 统 内 电 对 系 磁 兼 容 设 计 包 括 ： 制 电 路 板 的设 计 、 源 器 件 的 选 印 有 用 、 及 电路 板 的 布 线 、 地 、 蔽 及 滤 波 。 文 主 要 以 接 屏 本 讨 论 印 制 电 路 板 的 电 磁 兼 容 设 计 。 印 制 电路 板 是 构 成 数 字 电 子 设 备 的 基 础 ， 证 印 制 电 路 板 的 电 磁 兼 保 容 性 是 整 个 系 统 设 计 的 关 键 ， 确 地 完 成 印 制 电 路 正 板 的 布 线 和 设 计 应 该 使 得 ；１ 板 上 的 各 部 分 电 路 相 （） 互 间 无 干 扰 ， 能 正 常 工 作 ； ２ 印 制 板 对 外 的 传 导 都 （） 发射 和 辐 射 发射 尽 可能 降低 ， 到 有 关 标 准 要 求 ； 达 （ ） 部 传 导 干 扰 和 辐 射 干 扰 对 印 制 板 上 的 电 路 基 ３外 本 无 影 响 。 主要 讲 述 两 大 问 题 ： 是 单 、 层 电 路 板 一 双 的电磁兼 容设 计 ． 是 多层电路 板 的 电磁 兼 容设 计 。 二 ２ １ 元器 件布 置 ． （ ） 器件 布 置的首 要问题 是对 元器件 的分 组 。 １元 元 器 件 可 以按 照 所 用 的 电 源 电 压 不 同 来 分 组 ， 按 可 照数 字 电路和模 拟 电路分 组 ， 也可 按照 高速 低速 、 大 电 流 小 电 流 等 来 分 组 。这 里 建 议 首 先 以不 同 的 直 流 电源 电压 来 分 组 。如 果 使 用 同 种 电压 的 元 器 件 中仍 有 数 字 和 模 拟 元 件 之 分 ， 可 以 再 进 行 分 组 。 电 源 则 按 电压 、 字 及模 拟 电路分 组后可 进一 步按 速度快慢 、 数 电 流 大 小 进 行 分 组 。分 组 的 目的 是 为 了按 组 对 印 制 板 的 空 间进 行 分 割 ， 同 组 的 元 器 件 放 在 一 起 ， 便 将 以 在 空 间上保证 各组 元件 不至产 生组 间 的相互干扰 。 （ ） 有 连 接 器 最 好 都 放 在 印 制 电路 板 的 一 翻 ， ２所 尽 量 避 免 从 两 侧 引 出 电 缆 。这 样 的 做 法 是 为 了 减 少 产生共 模辐射 干扰 的可 能性 因为在板 上有高 速数 字信 号时 ， 如果 印制板 产生共 摸辐 射 ， 则电缆 是很好 的 共 模 辐 射 天 线 ， 子 天 线 会 比 单 板 天 线 产 生 更 大 振 的共模 辐射 干扰 。 （ ） 高 速 数 字 集 成 芯 片 与 连 接 器 之 间 投 有 直 ３当 接 的信 号 交换 时 ， 高速 数 字集 成 芯 片应 安捧 在 远离 连 接 器 处 。 图 １ ａ 中 ，／ 驱 动 器 被 安 捧 得 离 连 接 （ ） Ｉｏ 器 过 远 ， 高 速 数 据 集 成 芯 片 被 安 排 得 离 连 接 器 太 而 近， 因此 高 速数 字信 号有 可 能通过 电场 耦合 或 磁场 收藕 日期 ：０ １ １— ０ ２ ０— １ ９ ５ ? ４ 维普资讯 http://.cqvip. 染 瑜 ， 电黛 摹容设 计 在 印制 电蓐板 中的应 用 等： 耦 合对 输 入输 出环 路 产生 差 模 干扰 ． 通 过 电缆 向 并 外 辐 射 。如 果 高 速 数 字 集 成 芯 片放 在 两 个 连 接 器 之 间 ， 图 １ ｂ 所 示 ． 高 速 数 字 信 号 耦 合 到 电 缆 上 如 （） 则 去 的可 能性 更大 。 （ ） 入 输 出 （／ ） 动 器 应 该 紧 靠 连 接 器 ，／ ４输 Ｉ０ 驱 Ｉ ｏ 信 号 从 连 接 器 引 入 后 应 马 上 进 入 Ｉ０ 驱 动 器 ， ／ 不 要 在 印镧 板 上传 输 过 长 的距 离 ， 以免耦 台 上 千扰 信 号 。 图 １ ｃ 是 图 １ａ 的 改 进 ， 中 Ｉ０ 驱 动 器 被 移 （） （） 图 ／ 到 连 接 器 处 ， 速 数 字 集 成 芯 片 移 至 远 离连 接 器 处 。 高 （】 ａ高速 器件 靠近连接 器 一 佩 宁 ／ Ｍ 中， 遗【 低 ｃ ＼ ＿ （ 高速器件在 两个连接 器件之 间 ｝ ） ） 困 ｆ］ ｃ 高速器件 靠近连接器 ｃ 线 较粗 ． 电感 量也不 能忽 略 ， 高频电流通 过 时仍 有可 观 的 电压 降 ， 以 一 般 都 采 用 分 地 的方 法 。 些 双 面 所 有 印 制 板 和 多 层 印 制 板 用 一 个 面 作 为 地 线 层 ， 轨 线 与 电 感 相 比 面 电 感 很 小 ， 这 种 情 况 下 是 否 需 要 分 地 在 要 根 据 情 况 决 定 ， 则 是 不 相 容 电路 的 电 流 回路 不 原 要 有 公 共 部 分 。 该 指 出 的 是 ． 地 并 不 是 把 各 种 地 应 分 完 全 隔 离 、 有 任 何 电 气 连 接 ， 地 詹各 种 地 还 应 该 没 分 在适 当位置连 接起 来 ， 持整个 地层 的 电连续性 。 保 （ ） 源 线 的 布 置 ２电 电 源 线 布 置 应 与 地 线 结 合 起 来 考 虑 ， 便 构 成 以 特 性 阻 抗 尽 可 能 小 的 供 电 线 路 。单 面 板 和 双 面 板 的 供 电 线 路 是 由 印 制 板 的 轨 线 组 成 的 ． 减 小 供 电 用 为 轨 线 对 的 特 性 阻 抗 ， 源 轨 线 和 地 轨 线 应 该 尽 可 能 电 粗 ． 且 相 互 靠 近 ， 电 环 路 面 积 应 该 减 小 到 最 低 程 并 供 度 ， 同 电 源 的 供 电 环 路 不 要 互 相 重 叠 。 如 图 ２所 不 示 ， 面 板 的 电 源 供 电线 采 用 上 下 重 叠 的 布 置 方 法 ， 双 各 个 集 成 芯 片 的 电 源 脚 和 地 线 脚 连 接 到 同 一 个 电源 轨 线 对 中 ， 集 成 芯 片 旁 边 加 了 高 频 去 耦 电容 ， 而 且 从 使 供 电 环 路 减 小 ， 且 各 集 成 芯 片 的 高 频 电 流 环 路 并 不会 因相互 重叠而产 生磁 场耦 台 。但 这 种布置 仍然 存 在 问 题 ， 果 使 用 不 同 电 源 供 电 轨 线 对 的 集 成 芯 如 片之 间有 信号 传 输 ， 则数 字 信 号 的 回流将 绕 较 大 的 圈子 ． 趴而增 大信 号环 路的 面积 。 决的 方法 是采用 解 并 字 形 网 状 结 构 的 供 电 布 置 ， ３加 了 ４条 垂 直 放 图 置 的 小 型 电 源 母 线 条 ， 成 了 井 字 形 网 状 结 构 。 外 构 此 图 中各 电源 轨线 对 分别 引 到连 接 器端 子 上 ， 不是 而 在 板 上 先 汇 合 成 一 对 然 后 再 连 到 莲 接 器 上 ， 样 处 这 理 使 共 阻 抗 耦 合 进 一 步 减 少 图 １ 高 速 器 件 与 ｌＯ 驱 动 器 的 安 排 ／ （ ） 元 器 件 安 排 时 应 考 虑 尽 可 能 缩 短 高 速 信 ５在 号 线 的 长 度 ， 如 时 钟 线 、 据 线 、 址 线 等 果 高 例 数 地 如 速 器 件 的 信 号 线 必 须 与 连 接 器 相 连 接 ， 应 考 虑 把 则 高 速 器 件 放 在 连 接 器 处 ， 量 缩 短 走 线 ． 后 在 稍 远 尽 然 处 安 排 中 速 器 件 ， 远 处 安 排 低 速 器 件 。 则 如 果 高 最 否 速 元 件 远 离 连 接 器 ， 高 速 信 号 将 穿 过 整 块 印 制 板 则 才 能 到 达 连 接 器 ． 将 可 能 对 沿 途 的 中 、 速 电 路 产 这 低 生 干 扰 。这 条 原 则 似 乎 与 第 （ ） 愿 则 相 矛 盾 ， 实 ３条 但 际 上 目的 只 有 一 个 ， 避 免 高 速 电 路 对 低 速 电 路 的 即 影 响， 是情 况 不 同 ， 取 的方 法不 同而 已 。 只 采 图 ２ 集 成 片 与 供 电 轨 践 对 连 接 方 法 ２ ２ 地线和 电源 线 的布置 ．