pcb电磁兼容设计思路
PCB布线与电磁兼容性优化设计研究

PCB布线与电磁兼容性优化设计研究概述PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)作为电子设备中起连接传导作用的重要组成部分,其布线设计对于保证电路稳定性和电磁兼容性至关重要。
本文将围绕电磁兼容性优化设计展开研究,介绍相关背景知识,并探讨实际的优化方法和技术。
1. PCB布线设计与电磁兼容性的关系PCB布线设计的合理与否直接影响到电磁兼容性的好坏。
布线设计应考虑以下几个方面:1.1 信号完整性:高速信号线的差分布线、阻流器的布置以及噪声的抑制都涉及到信号的完整性。
通过选择合适的布线规则、考虑地线的设计以及绕线技巧等手段,可以有效提高信号完整性,减少电磁干扰。
1.2 地线设计:地线的设计对于电磁兼容性至关重要。
合理布置地线可以减少回流电流的路径,防止电流环的产生,从而减少电磁辐射。
1.3 端口设计:良好的端口设计可以降低信号的反射和传输损耗,减少串扰和辐射噪声。
1.4 输电线路和高频布线:通过合理选择线宽、线间距和层次规划等布线技术,可以降低损耗和串扰,提高电磁兼容性。
1.5 绕线技巧:对于高速信号和敏感信号,合理绕线可以避免信号的串扰和辐射。
综上所述,布线设计应与电磁兼容性的要求相匹配,即合理布线设计能够降低电磁辐射和干扰,提高电路的稳定性和电磁兼容性。
2. PCB布线优化的方法和技术为了实现PCB布线的优化,以下是一些常用的方法和技术:2.1 线宽和线间距的优化:通过合理选择线宽和线间距,可以降低信号线的阻抗,减少信号的传输损耗和串扰。
2.2 线的层次规划:多层PCB能够提供更多的布线空间,适当的线的层次规划可以减少接地回路的面积,减少电磁辐射。
2.3 地线布局与连接:合理布置地线和连接,可以降低回流电流路径的面积,减少电磁干扰。
2.4 端口设计:合理的端口设计可以提高信号的完整性,减少传输损耗和串扰。
2.5 绕线技巧:通过合理绕线,可以减少信号的串扰和辐射。
2.6 滤波器的设计:在布线中加入滤波器可以有效抑制噪声和干扰。
浅谈PCB电磁兼容设计

浅谈 பைடு நூலகம் CB 电 磁 兼 容 设 计
An Outi o h e t o a ne i m p tb lt s g fPCB lne f rt e El c r m g tc Co a i iiy De i n o
王 萍 ( 京无 线 电测 量 研 究 所 , 京 10 5 ) 北 北 84 0
首 先应把 所有严 格定位 的器件( 如变 压器 、 传感 器 、 散热
器 、 示 器 、 调 式 电位 器 、 键 等 ) 定 , 后 应 根 据 电 源 电 显 可 按 锁 然 压 、 流大 小 、 字 器 件 与 模 拟 器 件 、 速 器 件 与低 速 器 件 , 电 数 高 对 电路板上的电气单元进行分组 。 应原理 图, 对 把各 组 元 器 件 放 人 印 制 电路 板㈣ 。
抗 干扰 设 计 。
在印制板 中设置元器件时 , 从频率而言应先高频 电路 , 再 中频电路 , 最后低频 电路 ; 从逻辑速度 而言 , 先高速逻辑 电 应 路 , 中速逻辑 电路 , 再 最后 是低速逻辑 电路 , 如图 1 所示 的器 件 排列方式( 即高速 的器件 , 例如快逻辑 、 时钟振 荡器等 , 应安
s p l a ds nw ihc ne h n etee crma n t o p t iy n l bl o eP u py n oo .hc a n a c l t h e o g ei c c m ai l dr i i fh CB bi a t ea 船 t
中 图分 类 号 :N 1 T 4
文 献标 识 码 : A
文 章 编 号 :0 30 0(001- 03 0 10- 17 1) 07 — 3 2 0
^ b a : T s pa erm any it d u s t e e e t ct hi p il n r o ce h l c r a ei o pa iit de i ft e p it d c r utbo r , it ut om gn t c m c t l bi y sgn o h r e ic i n a dspon i o ng s m e ee enar ues a d m e h s ab u h a ou fc o lm t y rl n t  ̄ o tt e ly t o ompol t wi n gr n n a i i t r e c esg o we c ens, r g. ou dig。nt n e er n e d in f rpo r i - f
PCB的电磁兼容设计概述

PCB的电磁兼容设计概述引言电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)是指电子设备在不产生或不受外界电磁干扰的情况下,正常工作以及在其工作环境中不对其他设备产生电磁干扰的能力。
在PCB设计中,电磁兼容设计的重要性不言而喻。
本文将对PCB的电磁兼容设计概述进行讨论,包括EMC的基本原理、常见问题以及相应的解决方案。
电磁兼容的基本原理电磁兼容设计的基本原理是通过合理的电路布局、地线设计以及滤波等措施来减少电磁辐射和电磁感应干扰。
在PCB设计中,以下原则应被遵循:1. 电路布局在PCB的电路布局中,重要的电路组成部分应尽可能远离辐射噪声源。
此外,不同功能的电路应相互隔离,以避免彼此之间的干扰。
例如,高频电路和低频电路应分别布局在不同的地方,并通过光隔离、屏蔽罩等手段来相互隔离。
2. 地线设计地线是PCB中保证信号的可靠传输以及防止电磁干扰的重要组成部分。
良好的地线设计可以有效减少信号回流路径上的电磁辐射。
为了实现良好的地线设计,在PCB布线过程中,应遵循以下几点原则: - 尽量将地线和信号线走在同一层,减少信号与地线之间的交叉。
- 采用宽而短的地线,以降低地线的电阻和电感。
- 在PCB布线中,要避免地线回流路径过长,尽量使其短而直。
3. 滤波措施滤波是一种常用的减少电磁干扰的手段。
在PCB设计中,通过合理的滤波器设计可以有效滤除电磁噪声,从而提高系统的电磁兼容性。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
在选取滤波器时,应结合系统的实际需求来确定合适的滤波器类型和参数。
常见问题及解决方案在PCB设计中,存在一些常见的电磁兼容问题,下面将结合这些问题给出相应的解决方案。
1. 辐射噪声问题辐射噪声是指电子设备所产生的电磁波通过空气或其他传导介质传播到周围环境中产生的干扰。
为了减少辐射噪声,可以采取以下措施:- 合理规划PCB布局,将辐射噪声源与敏感电路部分分开。
PCB板的电磁兼容设计

PCB板的电磁兼容设计
5
频率和时间
➢EMI通常在频域中研究。 ➢RF能量是通过各种媒体传播的周期性波。
PCB板的电磁兼容设计
6
幅度
骚扰信号幅度越大,干扰就越大。因此,限 制RF能量的幅度峰值是很重要的,使之达到 满足电路、装置及系统的运行需要的程度。
PCB板的电磁兼容设计
7
阻抗
发射源和接收机的阻抗。高阻抗源对低阻 抗接收器的干扰小,相反的情况同样成立。 这一规律也适用于辐射耦合。高阻抗和电 场相关,低阻抗和磁场相关。
11
4种耦合路径,每种耦合路径有4种传输机制: a) 传导耦合:是一种共阻抗耦合; b) 电磁场耦合; c) 磁场耦合; d) 电场耦合。
PCB板的电磁兼容设计
12
➢当一个电流回路产生的一部分磁通量经过另 一个电流路径形成的第2个环路时,就会出现 磁场耦合。
➢磁通量耦合由两个回路之间的互感系数表示。 噪声电压包括互感和电流变化的速率。
20
根据电路的功能单元对电路的全部元器 件进行布局时,要符合以下原则:
① 按照电路的流程安排各个功能电路单元 的位置,使布局便于信号流通,并使信 号尽可能保持一致的方向。
② 以每个功能电路的核心元件为中心,围 绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、 紧凑地排列在PCB上,尽量减少和缩短 各元器件之间的引线和连接。
I CdV / dt
PCB板的电磁兼容设计
15
当处理辐射发射问题时,最普遍的规则是:频率越 高,辐射耦合的效率就越高;频率越低,传导路径 EMI的效率就越高。耦合的程度取决于频率。
PCB板的电磁兼容设计
16
7.1.3 PCB和天线 ➢PCB可以通过自由空间像天线一样发射
电路板级的电磁兼容设计

电路板级的电磁兼容设计电磁兼容是现代电子设备设计中重要的一环,在电路板级的设计中尤为关键。
以下是几个重要的设计原则和方法,可用于电路板级的电磁兼容设计。
1.地线设计:地线是电路板设计中一个重要的组成部分,它扮演着连接和分配各种信号和电源的角色。
一个良好的地线设计可以有效地减小电磁辐射和电磁敏感性。
在地线设计中,应注意以下几个方面:-地位连接:确保地线连接短、粗、宽以及直接。
-地位平面:使用连续和全面的地位平面,降低环路电流的流动。
-地位隔离:将模拟和数字地位隔离开,以防止互相干扰。
-地位分割:将地位分成不同的区域,以隔离敏感的模拟信号和噪声源。
2.信号层规划:在多层电路板设计中,信号层的布局和规划对于电磁兼容性也至关重要。
以下是几个信号层规划的原则:-信号区域:将信号分组到不同的区域,确保相互之间的干扰最小。
-电源与地位:为每个器件提供干净的电源和地位,以降低电磁噪声的产生。
-信号路径:设计短而直接的信号路径,减小环路电流和辐射电磁场。
-高频信号:使用特殊板层来隔离高频信号,以阻止其在其他层之间传播。
3.输入输出接口的电磁屏蔽:输入输出接口通常是电子设备与外部环境连接的部分,容易受到外部电磁干扰的影响。
为了保护输入输出接口免受干扰,可采用以下方法:-电源滤波器:在输入电源线路上安装滤波器,以阻止电磁噪声进入设备。
-磁隔离:使用磁隔离器分离输入输出接口和电路板,阻止磁耦合干扰。
-屏蔽罩:采用金属屏蔽罩覆盖输入输出接口和相关电路,以隔离干扰源。
4.地线回流路径的设计:地线回流路径通常是电磁兼容性问题的焦点。
良好的地线回流路径设计可以最大限度地减小环路电流和电磁辐射。
以下是几个关键的设计原则:-低阻抗路径:确定良好的地线回流路径,以最小化环路电流。
-地位平面:使用连续的地位平面成为地线回流路径的一部分。
-层间连接:确保信号和地位通过好的层间连接,减小环路电流。
5.模拟与数字信号隔离:模拟信号和数字信号相互干扰是电磁兼容设计中的一个常见问题。
电磁兼容PCB

电磁兼容PCB电磁兼容PCB即是指电子设备的电路板在运行时能够适应、抵抗、隔离或者排除环境中的电磁场干扰,以保证设备能够正常运行。
在现代工业和电子技术中,电磁兼容PCB已成为设计和制造设备的基本要求,如何设计出具有电磁兼容性的PCB,成为了电子工程师摆在面前的一个难题。
电磁干扰源有许多种,可能是人造的,例如电动机、放电管等等;也可能是自然的,如电荷,放电的电离等等。
在目前业务场合下,尤其是在大型工业和军事领域,电磁干扰源不断增加,相关电子设备也越来越复杂,通过良好的电磁兼容PCB设计可以有效避免不同功能模块之间互相产生的电磁干扰。
要实现电磁兼容,需要从以下几方面对PCB设计进行考虑:1. PCB板的材料和构造在选择PCB板的材料时,必须考虑材料的导电系数、介电系数、热膨胀系数、机械强度等,以保证PCB板的高性能,同时减少干扰和辐射。
在构造方面,需要注意保证良好的接地、尽量缩短信号走线之间的距离,以减少PCB成为天线的机会。
2. PCB布线的规划合理的PCB布线规划是避免电磁干扰最重要的关键。
可以通过布线的几何形状、引脚数量、电源过滤器等进行抑制。
此外,根据电路板的放置和设计,需划分为不同功能的电路区域。
然后根据不同区域功能的电磁特性不同等原因,执行不同的布线方案,不同层次的电路隔离和屏蔽需要用适当的阻抗匹配技术和遵守一定的法则来予以解决。
3. PCB信号的处理对于模拟信号与数字信号的干扰处理,可以采用隔离放大器、正弦传输线、差分信号等处理方式。
同时,在处理前要注意信号传输线的阻抗,线宽,保证信号的准确性。
另外,控制开关电路的位置也非常重要。
重要电路一定需要与其它电路进行良好的隔离。
4. PCB的屏蔽与过滤通过采用正确的机械屏蔽、连接屏蔽和波形过滤器来抑制干扰信号的扰动,实现对信号的保护处理。
其中,机械屏蔽主要是利用屏蔽罩和屏蔽环,连接屏蔽利用连接器内置屏蔽、金属传导结构等来实现屏蔽效果,波形过滤器则利用带通滤波器和带阻滤波器等来实现信号的过滤。
印制电路板的电磁兼容设计

印制 电路板的 电磁兼容设计
文/ 矫建法
பைடு நூலகம்
随 着 电子技 术 的迅 速发 展 , 各 类 电子 产 品的种 类 和数 量 不断 增 多,功 能也 越 来越 齐 全, 印制 电路板 ( P C B)的集成度 也逐 渐提 高,凸显 出了电磁 兼容性的 问题 , 要 想让 电子 电路 运 行 达到 最佳 效 果 ,对 电磁 兼容 设 计进 行深 入 考 虑十分必要 。本文基 于上 述背景, 对P C B板 的 电磁 兼 容设 计 进 行 了 研 究,希 望 能为设 计 人 员提 供借
同降低 电源平面 阻抗 ,同时可获得 良好的滤波 效果; ( 2 )邻近层 关键信 号禁止 跨越分割 区, 避 免信号环路增大,从而减少 强辐射 ,降低干
采用布线折线 的方法 ,折线无 需 9 0 。 ,但 P C B 扰敏 感度 ; 板尽可能采用 4 5 。 : ( 3 )时钟 、高频、高速 这些关 键信 号需 ( 3 )时钟 、模拟 电压输 入线 以及参 考 的
2 P C B 板 元器 件布局 低集成度 的电路,出于制造成本 的考虑 ,大部
分民用 电子设备均 是采用单面或双面板 。但这 元器 件布 局首 先应 考虑 到 电路系 统 的机 两种结构 自身产生 的电磁辐射较强 ,对外界 的 械 结构,将所有定位严格 的元器件放 置好并进 干扰极为敏感 。 行定 位锁 定,若 器件 质量 较大 则 不能 直接 在 ( 2 )多层板在 高密度布 线和高集 成度芯 P C B板上 安装 ,需 在机 壳 上另 设支 架。考 虑 片电路 中较为 常用 ,若信 号频率高且 电子元器 到 电磁 兼容性,元器件布局需遵循 以下设计 原 件 密集 ,尽 量选择 四层 及 以上的 P CB板。在 则 : 多层 板设计 中可专 门设置 电源层 和接地层,缩 ( 1 )发热元件 需设置 在偏上方 或边缘 部 短信 号线与地线 的距 离,这样就 能大幅度减小 位 ,与关键集成 电路保 持距离,便于散热; 所有 信号的 回路面积 ,从 电磁兼容角度考虑 , ( 2 )连接 器和引脚需根据元件在 P C B板 多层板 可有 效减 少辐射 ,并提 高 P C B板 抗外 上 的位置 确定 稳 固,最好在 P C B板 的同一侧 界干扰 能力 。 安放 , 两侧避免引 出电缆 , 减少共模 电流辐射; i . 2单 面板设计 ( 3 )对 外界干扰 敏感性 高的元件 需进行
PCB布局布线中的电磁兼容性设计策略

PCB布局布线中的电磁兼容性设计策略在PCB(Printed Circuit Board)设计过程中,电磁兼容性是一个至关重要的考虑因素。
随着电子设备越来越小型化和高频化,电磁干扰问题也变得更加突出。
因此,为了确保电路板的正常运行以及减少电磁干扰对其他设备的影响,需要采取一些电磁兼容性设计策略。
首先,合理的PCB布局是确保电磁兼容性的关键。
在布局过程中,应尽量避免信号线和电源线的交叉,尤其是高速信号线和低压差信号线之间的交叉。
通过分离不同电源和信号地,减少共模干扰的产生。
此外,合理地放置元件和规划整体布局,可以减少电磁耦合和串扰,提高电路板的抗干扰能力。
其次,良好的PCB布线设计也对电磁兼容性起着至关重要的作用。
在进行布线时,应避免封闭回路,即尽可能减少回流回路的长度和面积,减少电磁辐射的可能性。
此外,对于高速信号线,应尽量采用差分传输线路,减少信号的辐射和敏感性。
对于对地和电源的接地,应采用短而宽的线路,以降低接地回路的电阻,提高信号传输的质量。
另外,在PCB设计中还应考虑有效地屏蔽和防护措施,以减少外界电磁干扰对电路器件的影响。
可以通过合理设计PCB板的层次结构,利用金属层(如铜层)作为屏蔽层,封装高频信号和敏感器件,减少外部电磁场的干扰。
另外,还可以在PCB板上添加适当的滤波器件和TVS(Transil Voltage Suppressor)二极管等器件,以降低噪声和干扰,提高系统的稳定性。
最后,进行PCB设计时应注意地面的布局。
地面是整个电路板的参考平面,对于电路的运行和信号的传输至关重要。
在设计地面时,应采用大面积接地,减少接地回路的电阻,降低电磁干扰的产生。
另外,对于高频信号,可以采用平面波导等方式,优化地面的设计,提高系统的抗干扰能力。
总的来说,电磁兼容性是PCB设计中需要重点考虑的问题之一。
通过合理的布局和布线设计,有效地屏蔽和防护措施,以及优化地面设计等策略,可以提高电路板的抗干扰能力,保障电子设备的正常运行。
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74HC 6 20 50 45 18
6
74LS 6 50 20 18 7.2
2.4
74AC 3.5 80 5.5 2.2 0.75
0.25
74F
3 80 5.5 2.2 0.75
0.25
74AS 1.4 120 2 0.8 3
0.15
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。
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
R1
R2
R4
Q3
ICC
VCC
Q2 Q1
R3
杨继深 2002年4月
Q4
Ig
Vg I放电
I驱动
被
驱
动
I充电
电
路
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
A/m V/m
?
远场区内: H = ? IA / (? 2D) E = Z0 ? IA / (? 2D) ZW = Z0 = 377
杨继深 2002年4月
A/m V/m ?
A I
随频率、距离增加而增加
Z0
f、D
导线的辐射
近场区内: H = I L / (4? D2)
A/m
E = Z0I L ? / (8 ? 2 D3) V/m
两端设备都接地的情况
RW L
~
RW L
CP
ICM
杨继深 Z 2002年4月 CM = RW + j? L+RL+1/ j? C
f
增强解耦效果的方法
铁氧体
电源
注意铁氧体安装的位置
地
细线
粗线
杨继深 2002年4月
接地线面
用铁氧体增加 电源端阻抗
用细线增加电 源端阻抗
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
电流环
杨继深 2002年4月
杆天线
电流环路产生的辐射
近场区内: H = IA / (4?D3) E = Z0IA / (2? D2) ZW = Z0(2? D/? )
E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg(2.6 I A /D)
+40lg f
杨继深 2002年4月
f
1/? d
1/? tr
脉冲的差模辐射包络线
f
不同逻辑电路为了满足EMI指标要求 所允许的环路面积
逻辑 上升 电流 系列 时间
4000B 40 6
不同时钟频率允许的面积(cm2 ) 4MHz 10 30 100 1000 400
PCB的电磁兼容设计
杨继深 2002年4月
脉冲信号的频谱
谐波幅度
tr
d
(电压或电流)
A
-20dB/dec
T
-40dB/dec
V( or I) = 2A(d+tr)/T V( or I) = 0.64A/Tf V( or I) = 0.2A/Ttrf2
1/? d
杨继深 2002年4月
1/? tr
频率(对数)
25
50 75
100
与过孔之间的距离 mm
杨继深 2002年4月
C/4 PGA
线路板边缘的一些问题
关键线(时钟、射频等)
产生较强辐射
电源层
地线层 20H
杨继深 2002年4月
无地线
扁平电缆的使用
最好
较好
差
较好,但端接困难
地线
C
D
这两处都有地线
杨继深 2002年4月
B
A
扁平电缆
一部分信号回流经过ABCD
电源线电感
储 能 电 容
杨继深 2002年4月
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靠近
杨继深 2002年4月
解耦电容的选择
dI dt
Z
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。
杨继深 2002年4月
1/2?? LC
ZW = Z0(? /2? D)
?
I
L
远场区内: H = I L / (2? D) E = Z0 I L / (2? D)
杨继深 2002年4月
A/m V/m
随频率、距离增加而减小
Z0
f、D
实际电路的辐射
ZG
I
~V
ZL
ZC = ZG + ZL
环路面积 = A
近场:ZC ? 7.9 D f E = 7.96VA / D3 ZC ? 7.9 D f , E = 63 I A f / D2 H = 7.96IA / D3
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
75mm
模拟地
A/D变换器
? 数字地
杨继深ห้องสมุดไป่ตู้2002年4月
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm
?
VAB : 15 ~ 75mV
过孔的阻抗
nH/cm
100 10
1.5mm
PGA 128-pin
1
0.1
远场: E = 1.3 I A f 2 /D
杨继深 2002年4月
(? V/m) ( ? V/m) ( ? A/m)
( ? V/m)
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
杨继深 2002年4月
( ? V/m)
脉冲信号差模辐射的频谱
差模辐射频率特性线
频谱包络线
f
L=? /I ? ? A
~
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
杨继深 2002年4月
68HC11
E时钟
B
74HC00
A
连接A、B
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
信号 1 电源层
地线层
信号 2
低频 高频
10
地线面的阻抗, m? / 平方 1
线路板走线的电感
S L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 ? H
W
I
I
M
杨继深 2002年4月
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若:L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
地线网格
杨继深 2002年4月
电源线噪声的消除
杨继深 2002年4月
如何减小差模辐射?
E = 2.6 I A f 2 / D
布线
低通滤波器
杨继深 2002年4月
电路中的强辐射信号
dB? V/m
dB? V/m
1
10
100
1000
所有电路加电工作
杨继深 2002年4月
1
10
100
1000
只有时钟电路加电工作
电流回路的阻抗
I
L
R
~
Z = R + j? L
注意隐蔽的辐射环路
信号线
信号线+电源+地线
信号线
电源/地线
电源/地线
电源/地线 电源
杨继深 2002年4月
电源
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 H
CP
I3
VCM
杨继深 2002年4月
CP
机箱内的 所有信号 都会通过 电缆辐射!