PCB电磁兼容设计培训资料
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。
板级电磁兼容(EMC)设计培训
采用金属屏蔽罩、金属化孔等结 构，将电磁场限制在特定区域内
。
接地技术
通过合理接地降低地阻抗，减少共 模电流，从而降低辐射发射。
吸收材料应用
使用吸波材料吸收电磁波，降低辐 射干扰。如铁氧体磁珠、吸波涂层 等。
系统级EMC设计策
05
略
分区布局与隔离技术
分区布局
将系统划分为不同的功能区域，如模拟电路区、数字电路区 、电源区等，以减少不同区域间的电磁干扰。
04
选择符合EMC要求的元器件 ，如低噪声、低辐射的器件。
优化元器件布局，减少电磁耦 合和辐射。
对敏感器件进行局部屏蔽和隔 离，提高抗干扰能力。
考虑热设计和散热需求，避免 局部过热影响EMC性能。
接地、去耦及滤波技术
设计合理的接地系统，降低地线阻抗 和地电位差。
对关键信号线进行滤波处理，提高信 号质量和降低电磁辐射。
EMC测试与评估方
06
法
传导干扰测试方法及标准
传导干扰测试方法
通过测量设备在电源线上的传导干扰电压或电流来评估其传导干扰性能。常用的测试方法包括电压法和电流法。
传导干扰测试标准
不同国家和地区对于传导干扰的限制标准不同，例如CISPR 22、EN 55022等。在测试时需要参考相应的标准， 并根据标准规定的限值来评估设备的传导干扰性能。
板级EMC设计基础
02
电路板布局与布线原则
01
遵循单一方向、单一回 路原则，减少电磁辐射 和串扰。
02
分离数字、模拟、功率 及敏感电路，降低相互 干扰。
03
优化布线层数和走线宽 度，提高信号完整性和 降低电磁辐射。
04
遵循地线设计原则，确 保地线完整性和低阻抗 。
高速PCB设计与电磁兼容培训
高速PCB设计与电磁兼容培训【课程概述】随着集成电路的工作速度不断提高，电路的复杂性不断增加，多层板和高密度电路板的出现等等都对PCB板级设计提出了更新更高的要求。
尤其是半导体技术的飞速发展，数字器件复杂度越来越高，门电路的规模达到成千上万甚至上百万，现在一个芯片可以完成过去整个电路板的功能，从而使相同的PCB上可以容纳更多的功能。
PCB已不仅仅是支撑电子元器件的平台，而变成了一个高性能的系统结构。
这样，信号完整性EMC在PCB板级设计中成为了一个必须考虑的一个问题。
传统的PCB板的设计依次经过电路设计、版图设计、PCB制作等工序，而PCB的性能只有通过一系列仪器测试电路板原型来评定。
如果不能满足性能的要求，上述的过程就需要经过多次的重复，尤其是有些问题往往很难将其量化，反复多次就不可避免。
这些在当前激烈的市场竞争面前，无论是设计时间、设计的成本还是设计的复杂程度上都无法满足要求。
在现在的PCB板级设计中采用电路板级仿真已经成为必然。
基于信号完整性的PCB仿真设计就是根据完整的仿真模型通过对信号完整性的计算分析得出设计的解空间，然后在此基础上完成PCB 设计，最后对设计进行验证是否满足预计的信号完整性要求。
如果不能满足要求就需要修改版图设计。
与传统的PCB板的设计相比既缩短了设计周期，又降低了设计成本。
【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司一款好的PCB设计，可以给生产带来便利并节约成本。
而设计好的PCB并不是拿到板厂就可以生产加工的，前期的PCB资料处理决定着对此产品研发、成本和品质控制，因此需要PCB设计人员在熟悉掌握相关软件应用的基础上，还要了解流程、工艺和PCB板高速信号完整性、抗干扰设计及电磁兼容培训等相关的知识。
不重视PCB的设计往往会对公司造成极大的损失，重复的改板，影响了产品推向市场的时间，增加了研发投入，降低了产品的质量和竞争力，增加了售后服务，甚至造成整个项目投资的失败。
电磁兼容培训课件(2024)
屏蔽措施
采用金属屏蔽体、吸波材料等，实现对电磁波的 有效屏蔽。
滤波技术
运用滤波器等手段，滤除设备间不必要的电磁干 扰信号。
2024/1/28
17
系统整体性能优化策略
2024/1/28
兼容性设计
01
在系统设计阶段考虑电磁兼容性要求，从源头减少潜在干扰。
协同优化
02
综合考虑系统各组成部分的电磁特性，实现系统整体性能的最
2024/1/28
26
THANKS
感谢观看
2024/1/28
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航空航天器在复杂电磁环境中运行，对电 磁兼容性能要求极高，以确保通信和导航 系统的可靠性。
轨道交通
智能家居
轨道交通系统涉及大量电气设备和信号传 输，电磁兼容性能对于保障列车运行安全 和乘客舒适度至关重要。
2024/1/28
智能家居设备种类繁多，电磁兼容问题直接 影响家居环境的舒适度和设备间的互联互通 。
2024/1/28
25
未来发展趋势预测和挑战应对
发展趋势
随着科技的不断进步，未来电磁兼容技术将更加注重智能化、自适应等方面的发展，同时还将面临更 高的性能要求和更复杂的电磁环境挑战。
挑战应对
为应对未来发展趋势带来的挑战，需要加强电磁兼容技术的基础研究，推动技术创新和成果转化；同 时，还需要加强行业合作和标准制定，共同推动电磁兼容技术的进步和发展。
指任何可能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或无生命物质产生损害 作用的电磁现象。
Hale Waihona Puke 电磁干扰与电磁兼容性的关系电磁干扰是导致电磁兼容问题的主要原因，而电磁兼容性则是解决电磁干扰问题 的关键。提高设备的电磁兼容性可以减少电磁干扰对设备性能的影响，确保设备 在复杂电磁环境中的正常工作。
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电磁兼容设计技术资料大放送
PCB电磁兼容设计技术资料大放送2018年4月12日by 吴川斌0 Comments世界上只有两种硬件工程师，一种是已经遇到电磁兼容性问题，一种是将要遇到电磁兼容性问题。
呵呵，老wu这里套用Eric Bogatin 的《信号完整性与电源完整性分析》一书里的经典名句。
电机设备和电子产品在使用过程中可能产生电磁辐射,以致干扰其他设备的正常运行,甚至影响人体健康。
因此几乎全球主要经济体的国家已在过去二十年期间先后立法规范,要求任何产品所产生的电磁辐射必须符合电磁干扰/兼容的法规标准,否则不准上市销售。
而近年来随着无线通讯的快速发展,世界各国的法规标准日趋严格。
由于现代的电子产品,功能越来越强大,操作速度越来越快,电子线路也越来越密集与复杂,电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题变成了设计上的主要挑战,因此除了对电路设计技术水准的要求越来越高外,目前也开始PCB与IC 半导体电路的EMC 问题展开研究。
一个好的电子产品,除了产品本身优异的功能外,高水准的电磁兼容电路设计,对产品品质及技术性能指标都具有相当关键的影响力。
电磁兼容设计实际上就是针对电子产品中产生的电磁干扰进行最佳化设计,使之能成为符合各国或地区电磁兼容标准的产品。
然而,以往解决EMC的问题往往是见树不见林,也就是仅针对部分问题寻求抑制对策,而欠缺系统性的全面设计规划,以至于无法有共通性的解决方案; 因此解决电磁干扰/兼容的问题需要理论与经验的结合,且需要在设计电路或系统之初即以系统观点考虑可能的电磁干扰/兼容问题,更要事先进行原因分析(Root Cause Analysis: RCA)的评估,事后进行补救所花费的成本将更可观。
电磁干扰/兼容的领域很广泛,包括电力、电脑、通讯、控制、医疗设备、运输电子、军事设备、资讯科技、消费性电子、家用电器、信号传输、材料特性、量测技术、屏蔽技术、生医电磁学(bio-electromagnetics)等。
《PCB电磁兼容设计》课件
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
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。
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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
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电流卡钳
频谱分析仪
被测电流 I
2002年8月 杨继深
VdBV
传输阻抗：ZT = V / I
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
2002年8月 杨继深
使用尽量 短的电缆
共模滤波
电缆屏蔽
减小共模电压
2002年8月 杨继深
滤波器滤除高频成份
2002年8月 杨继深
尽量减小小辨接法的危害
2002年8月 杨继深
线路板上的局部屏蔽
片状电容
利用一层铜箔
做屏蔽盒面
屏蔽盒的接地
间隔 < / 20
2002年8月 杨继深
所有穿出屏蔽 盒的导线经过 滤波
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2020.10.20Tuesday, October 20, 2020
地线网格
2002年8月 杨继深
电源线噪声的消除
电源线电感
这个环路尽量小
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
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。
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午12时44分20.10.2012:44October 20, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月20日星期 二12时44分15秒12:44:1520 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午12时44分15秒下午12时44分12:44:1520.10.20
两端设备都接地的情况
RW L
～ V0
RW L ICM
RL
CP
1H/m
线路板接地：ZCM = RW + jL+ RL 线路板不接地：ZCM = RW + jL+ RL + 1/ jC
2002年8月 杨继深
共模电流主要由寄生电容产生
共模 电流
V0 / RL
线路板接地 线路板不接地
CP较大 CP较小
2002年8月 杨继深
地线干扰对电路的影响
1
3
寄生电容
2
4
2002年8月 杨继深
线路板走线的电感
S L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 H
W
I
I
M
2002年8月 杨继深
L = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 + L2 - 2M ) 若：L1 = L2 L= ( L1 + M ) / 2
滤波器电容量的选择
R源 R负载
电容合适 电容过大
低速接口
10 ~ 100kB/s
上升时间 tr 0.5~1s
带宽 BW
320kHz
总阻抗 R
120
最大电200容2年C8月 杨继2深400pF
高速接口 2MB/s
50ns 6MHz 100 150pF
低速CMOS
100ns 3.2MHz 300 100pF
控制高频信号的回路
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
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
~
2002年8月 杨继深
单层或双层板如何减小环路的面积
2002年8月 杨继深
滤波电容 电源线连接
隔离变压器/ 光耦隔离器
地线连接
信号滤波器 干净区域
时钟电路、 高速电路
2002年8月 杨继深
桥 壕沟
时钟信号远离电缆接口
2002年8月 杨继深
用屏蔽电缆抑制共模辐射
DM CM
CM
CM
CM 2002年8月 杨继深
屏蔽电缆的评估
DM CM
CM
V 辐射环路
I 2002年8月 杨继深 V
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。
2002年8月 杨继深
如何减小差模辐射？
E = 2.6 I A f 2 / D
布线
低通滤波器
2002年8月 杨继深
杆天线
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
远场：
E = 1.3 I A f 2 /D
2002年8月 杨继深
（V/m） （ V/m） （ A/m）
谢谢大家！
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2020.10.20Tuesday, October 20, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。12:44:1512:44: 1512:4410/20/2020 12:44:15 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2012:44:1512:44O ct-2020-Oct-20
2002年8月 杨继深
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
地
细线
粗线
2002年8月 杨继深
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
有效滤波的例子
普通电容
三端电容
三端电容+铁氧体
2002年8月 杨继深
线路板的两种辐射机理
差模辐射 共模辐射
电流环
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
A
B
L
25mm
L : 0 ~ 10cm VAB : 15 ~ 75mV
过孔的阻抗
nH/cm
100 10
1.5mm
TTL
10ns 32MHz 100~150 30pF
平衡接口电路
+Vcc
+V -V
-Vcc
2002年8月 杨继深
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 )
= 20lg[(VCM / ZCM1) / (VCM / ZCM2)]
PGA 128-pin
1
0.1
25
50 75
100
与过孔之间的距离 mm
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
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
2002年8月 杨继深
B
=20 lg ( ZCM2 / ZCM1)
=20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 )
dB
2002年8月 杨继深
铁氧体磁环使用方面的一些问题
125 600
300个
1250 4500
30个
1
10
100
1000
0.1 1 10 100 1000
½匝
无偏置
1½匝
有偏置
2002年8月 杨继深
I/O接口布线的一些要点
频率MHz
悬浮电缆
ICM 电缆长度：L
近场区内:
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
2002年8月 杨继深
V/m V/m V/m
V/m
共模电流的测量
ICM
ZT = V / I
不同屏蔽层的传输阻抗
10000 1000
铝箔
单层编织 最佳单层编织
传输阻抗（m /m）
100
双层编织
10
1
双层编织 +
0.1 双层金属
0.01
0.001
102 103
2002年8月 杨继深
104 105
实心铜
双层编织 +
一层金属
106 107 108 Hz
屏蔽层的错误接法
CM
（ 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
2002年8月 杨继深