第八章电磁兼容PCB的电磁兼容设计PPT课件

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电磁兼容PCB

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。

精品课件电磁兼容性设计ppt课件

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IC的引脚排列也会影响电磁兼容性能。因此IC的VCC与GND之间的距离越 近,去耦电容越有效。
无论是集成电路、PCB板还是整个系统,大部分噪声都与时钟频率及其 高次谐波有关。
合理的地线、适当的去耦电容和旁路电容能减小时钟辐射。
用于时钟分配的高阻抗缓冲器也有助于减小时钟信号的反射和振荡。
TTL和CMOS器件混合逻辑电路会产生时钟、有用信号和电源的谐波,因 此,最好使用同系列的逻辑器件。
铁氧体磁珠或串联电阻) -降低负载电容,以使靠近输出端的集电极开路驱动器而便于上拉,电阻值
尽量大 -处理器散热片与芯片之间经导热材料隔离,并在处理器周围多点射频接地 -电源的高质量射频旁路(解耦)在每个电源管脚都是重要的 -高质量电源监视电路需对电源中断、跌落、浪涌和瞬态干扰有抵抗能力 -需要一只高质量的“看门狗” -决不能在“看门狗”或电源监视电路上使用可编程器件 -电源监视电路及“看门狗”也需适当的电路和软件技术,以使它们可以适
模拟器件也需要为电源提供高质量的射频旁路和低频旁路。
对每个运放、比较器或数据转换器的每个模拟电源引脚的RC或LC滤波都 是必要的。
对模拟电路而言,模拟本振和IF频率一般都有较大的泄漏,所以需要着 重屏蔽和滤波。
02:33
20
2.3 逻辑电路设计
对高频数字电路布局时应作到有关的逻辑元件应相互靠近,易产 生干扰的器件(如时钟发生器)或发热器件应远离其他集成电路。
应大多数的不测情况 -当逻辑信号沿的上升/下降时间比信号在PCB走线中传输一个来回的时间短时,
应采用传输线技术
02:33
22
在逻辑电路中,数字信号的传输线的处理也相当重要。
当电路在高速运行时,在源和目的间的阻抗匹配非常重要。
否则过量的射频能量将会引起电磁兼容性问题。

邵小桃电磁兼容和PCB设计Chp8.pptx

邵小桃电磁兼容和PCB设计Chp8.pptx

保护镶边
保护带连接到板边沿
CPU
保护带
地通过从保护带连接到板内地面或机壳地
第22页/共28页
6. ESD常见问题与改进
(1)屏蔽机箱: 完整的屏蔽机箱能够消除静电放电的影响。 如果机箱上的缝隙或空洞不可避免,可加屏蔽挡板
ESD
ESD 屏蔽层
第23页/共28页
(2)信号地与机箱单点接地,接地点选择在电缆入口 处。
• 信号线必须尽可能的靠近地线,地平面,OV参考面和 它们的关心的电路。
• 在电源和地之间使用具有高的自谐振频率,尽可能低的 ESL 和 ESR旁路电容.
• 保持走线长度越短越好,将天线耦合减到最小程度。
• 在PCB板的顶层和底层没有元件或电路的区域,尽可能 多的加入地平面。
第20页/共28页
• 在ESD 敏感元件和其它功能区之间,加入保护带或 隔离带。
100倍。 • 回路面积尽可能小,包括信号回路和电源回路。ESD
电流产生磁影响。 • 在功能板顶层和底层上设计3.2mm的印制线防护环,
防护环不能与其它电路连接。
第18页/共28页
• 走信号线靠近低阻抗0V 参考地面 如图示:
Devic e
信号线
+5V GND
Poor
Devic e
+5V
Devic
0.6
4.5
12.3
12.3
4.8
0.3
聚脂/人造丝
(65%/35%) 4.2 8.4 19.2 17.1 4.8
1.2
聚脂/棉 (65%/35%)
14.1
15.3
12.3
7.5
14.7
13.8
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PCB电磁兼容设计(PPT101页)

PCB电磁兼容设计(PPT101页)

• 电磁兼容对设备的要求有两个方面:一是设备 义务时不会对外界发作不良的电磁干扰影响; 另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前 一方面的要求称为干扰发射(EMI)要求,后一 个方面的要求称为敏感度(EMS)或抗扰度要求。 对设备的电磁兼容要求。可以进一步分为传导 发射、辐射发射、传导敏感度(抗扰度)、辐射 敏感度(抗扰度)。
• 电磁骚扰〔Electromagnetic Disturbance〕是 指任何可以惹起设备、装置或系统功用降低或 许对有生命或许无生命物质发作损害作用的电 磁现象。电磁骚扰有以下三种表现表方式:电 磁噪声、无用信号或传达媒介自身的变化。
• 电磁辐射:是以电磁波方式由波源发射到空间 的现象或以电磁波的方式存在于空间的现象。 〝电磁辐射〞一词的含义有时也可引伸,电磁 感应现象也包括在内。
• 高能量、高频率、高密度的发射源增多, 会使系统的辐射减轻,干扰信号增强。
• 电磁辐射污染己被世界卫生组织列为必 需严加控制的现代公害之一。据调查, 暂时接受高频电磁辐射,会对眼睛、神 经系统、生殖系统、心血管系统、消化 系统及骨组织构成严重的不良影响,甚 至危及生命。
10.1.2 电磁兼容的三要素 电磁兼容的三要素是搅扰源、耦合途径、敏感设 备。切断以上任何一项都可处置电磁兼容效果。 处置电磁兼容效果要从以下方面入手研讨:电磁 骚扰源,包括其频域和时域特性、发生的机理以及 抑制措施等;电磁骚扰传达特性;敏感设备抗搅扰 的才干;电磁兼容性效果的测量方法;系统内及系 统间的电磁兼容性。
• ④屏蔽
• 屏蔽的目的:切断干扰源和被干扰对 象之间的电力线。
• 屏蔽的方法:采用与干扰源基准电位 相连的屏蔽或许与被干扰对象基准电位 相连的屏蔽,或许上述两者都用。当导 线的长度小于义务信号波长的l/20时, 采用单点接地,否那么采用多点接地。 接地的长度要尽可以短。

《PCB电磁兼容设计》课件

《PCB电磁兼容设计》课件
在PCB布局与布线时,需要考虑信号传输的完整性、电源和地线的分布、 以及元器件之间的相互影响等因素。
合理的PCB布局与布线可以有效降低电磁干扰和提高设备的电磁敏感性。
03 PCB电磁兼容性设计方法
CHAPTER
接地设计
接地方式选择
根据电路需求选择合适的接地方式,如单点接地 、多点接地等。
接地线宽与长度
信号完整性设计
信号线宽与间距
根据信号速率和传输需求,合理设置信号线 的宽度和间距。
信号反射与串扰
通过优化信号端接方式和布局,减小信号反 射和串扰的影响。
信号完整性仿真
利用仿真工具对信号完整性进行评估和优化 。
屏蔽与滤波技术
屏蔽方式选择
根据电磁干扰源和敏感设备的特性,选择合适的屏蔽 方式。
滤波器设计
元器件的集成化程度越来越高, 导致PCB上电流和电压的急剧变 化,加剧了电磁干扰的产生。
接地设计复杂化
接地设计对于PCB电磁兼容性至 关重要,但随着电路的复杂化, 接地设计也变得越来越复杂,需 要综合考虑多种因素。
PCB电磁兼容性标准与规范
01
国际标准
如IEC 61000系列标准,主要涉 及电磁干扰的发射和敏感度要求 。
国际合作与标准化进展
国际合作
全球范围内的科研机构和企业正在加 强合作,共同研究和制定PCB电磁兼 容性的国际标准,推动行业的发展和 进步。
标准化进展
国际电工委员会(IEC)等标准化组织 正在制定和完善PCB电磁兼容性相关 的标准,这些标准将为PCB的设计、 生产和测试提供更加明确的指导。
未来研究方向与挑战
03
波、接地等。
电磁场与电路相互作用
电磁场与电路的相互作用是电 磁兼容性的核心问题之一。

lixuebin电磁兼容设计讲座PPT课件

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第33页/共93页
去耦电容
用来滤除高频器件在PCB电源或芯片电源引脚上引起的辐射电流。提供一个 局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播并抑制噪声对其他芯 片的干扰。
去耦电容离芯片越近越好,原则上集成电路的每一个电源引脚都应布置一个 0.01uf的瓷片电容。
第34页/共93页
去耦电容与旁路电容的区别
第38页/共93页
EMC设计
第39页/共93页
EMC设计
• 接地(Grounding) • 屏蔽(Shielding) • 滤波(Filtering)
第40页/共93页
接地(Grounding)
• 接地的目的一是防电击,一是去除干扰。可将接地分为两大类: • 安全接地(Safety Grounding) • 信号接地
PCB设计准备工作
• 1、器件 • 2、布局 • 3、速率 • 4、信号线 • 5、电源 • 6、时钟
第2页/共93页
PCB的EMC分析基本定律
克希霍夫定律:
任何时域信号由源到负载的传输都必须构成一个完整的回路,一个频 域信号由源到负载的传输都必须有一个最低阻抗的路径。
法拉第电磁感应定律:
当穿过闭合导体回路所限定面积的磁通量发生变化时,在该回路上将产 生感应电动势及其感应电流。感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比, 其方向总是阻止该回路磁通量的变化。
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤 除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。
第35页/共93页
电容谐振
如图所示,电容在低于谐振频率时呈现容性,而后,电容将因为引线长度和布线自感呈现感性。
第36页/共93页
电容的谐振频率表

【16】PCB板电磁兼容设计PPT共63页

【16】PCB板电磁兼容设计PPT共63页
实际上,我们想要的不是针对犯 罪的法 律,而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民,就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律,法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ,而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克

《电磁兼容讲稿》PPT课件

《电磁兼容讲稿》PPT课件

全国无线电干扰标准 化 技术委员会
IEC/TC77
ACEC ( Advisory Committee on
EMC )
保护电网的发射限值 基本和通用的抗扰度标准 侧重于低频发射,f<9kHz
协调各TC和其他组织的关系 为IEC管理委员会参谋 复查EMC标准 教育
产品技术 委员会
制定产品EMC标准
全国电磁兼容标准化 技术委员会
序号
国标编号
8 GB/T17626.6-1998
9 GB/T17626.7-1998
10 GB/T17626.8-1998
11 GB/T17626.9-1998
12 GB/T17626.10-1998
13 GB/T17626.11-1998
14 GB/T17626.12-1998
名称
对应国际标准号
电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗 扰度
保护无线电业务的发射限值 ITE、TV、家电设备等的抗扰度
秘书处挂靠单位
上海电器科学研究所
对应 IEC/CISPR
CISPR
A 分会
无线电干扰测量和统计方法
中国电子标准化研究所
CISPR/A
B 分会 D 分会
工业、科学、医疗射频设备的无线电干扰 架空电力线、高压设备和电力牵引系统的
无 线电干扰 其他(重)工业设备的无线电干扰
机动车辆和内燃机的无线电干扰
上海电器科学研究所 天津汽车中心
CISPR/B CISPR/D
F 分会 H 分会 I 分会
家用电器、电动工具、照明设备及类似设备的 干扰
对无线电业务保护的限值 无线电系统与非无线电系统之间的干扰
信息技术设备、多媒体设备与接收机的电磁兼 容
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信号线
电源/地线
电源/地线
电源/地线 电源
电源
环路对消概念减小辐射
时钟线避免换层

外拖电缆的共模辐射
L
I1
I2 H
CP
I3
CP
机箱内的
所有信号
都会通过
VCM
电缆辐射!
两端设备都接地的情况
RW L

RW L
CP
ICM
ZCM = RW + jL+RL+1/ jC
悬浮电缆
ICM 电缆长度:L
近场区内:
第八章
PCB 的电磁兼容设计
江滨浩
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总体概述
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点击此处输脉冲信号的频谱
tr
d
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
I
L
远场区内: H = I L / (2 D) E = Z0 I L / (2 D)
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
ZL
ZC = ZG + ZL
~V
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
W
I
I
M
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若:L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
地线网格
电源线噪声的消除
电源线电感
这个环路尽量小 储 能 电 容
电源解耦电容的正确布置
尽量使电源线与地线靠近
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。
= 20lg[(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2)]
=20 lg ( ZCM2 / ZCM1)
=20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 )
布线
低通滤波器
电路中的强辐射信号
dBV/m
dBV/m
1
10
100
1000
所有电路加电工作
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 + jL
L=/I A
~
单层或双层板如何减小环路的面积
不良布线举例
68HC11
E时钟
B
74HC00
A
连接A、B
随便设置的地线没有用
E = 1430I L / (f D3)
远场区内:
E = 0.63 I L f / D
考虑地面反射: E = 1.26 I L f / D
L /2或/4时: E = 120I / D
V/m V/m V/m V/m
共模电流的测量
ICM
电流卡钳
频谱分析仪
被测电流 I
VdBV
传输阻抗:ZT = V / I
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 地线面具有很小的地线阻抗
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
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV
过孔的阻抗
nH/cm
100 10
1.5mm
1/2 LC
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
用铁氧体增加 电源端阻抗

细线
粗线
接地线面
用细线增加电 源端阻抗
多个电容并联加强解耦效果
线路板的两种辐射机理
差模辐射 共模辐射
电流环
杆天线
电流环路产生的辐射
近场区内: H = IA / (4D3) E = Z0IA / (2D2) ZW = Z0(2D/)
远场: E = 1.3 I A f 2 /D
(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
( 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
E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg(2.6 I A /D)
PGA 128-pin
1
0.1
25
50 75
100
C/4 PGA
与过孔之间的距离 mm
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
无地线
扁平电缆的使用
最好
较好

较好,但端接困难
地线
C
D
这两处都有地线
B
A
扁平电缆
一部分信号回流经过ABCD
注意隐蔽的辐射环路
信号线
信号线+电源+地线
+40lg f
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 系列 4000B
74HC 74LS 74AC 74F 74AS
上升 电流 时间
40 6
6 20 6 50 3.5 80 3 80 1.4 120
不 同 时 钟 频 率 允 许 的 面 积 ( cm2 ) 4M Hz 10 30 100
怎样减小共模辐射
E = 1.26 I L f / D
共模滤波 共模扼流圈 减小共模电压
使用尽量 短的电缆
共模滤波
电缆屏蔽
平衡接口电路
+Vcc
+V -V
-Vcc
Z0/2
Z0/2
增加共模回路的阻抗
PCB
PCB
共模回路
改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 )
1/d
1/tr
频率(对数)
地线和电源线上的噪声
R1
R2
R4
Q3
ICC
VCC
Q2 Q1
R3
Q4
Ig
Vg I放电
I驱动


I充电
动 电

电源线、地线噪声电压波形
输出 ICC VCC Ig Vg
地线干扰对电路的影响
1
3
寄生电容
2
4
线路板走线的电感
S L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H
1000 400
50 45 18
6
20 18 7.2
2 .4
5.5 2.2 0.75
0 .2 5
5.5 2.2 0.75
0 .2 5
2 0.8 3
0 .1 5
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。
如何减小差模辐射
E = 2.6 I A f 2 / D
A/m V/m
远场区内: H = IA / ( 2D) E = Z0 IA / ( 2D) ZW = Z0 = 377
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 / (4D2)
A/m
E = Z0I L / (8 2 D3) V/m
ZW = Z0(/2D)
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