《PCB的EMC設(shè)計(jì)課件分享》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《PCB的EMC設(shè)計(jì)課件分享（36頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中科信軟培訓(xùn)中心中科信軟培訓(xùn)中心中科信軟簡介中科信軟簡介v 中科信軟依托中國科學(xué)院強(qiáng)大技術(shù)人才優(yōu)勢，根據(jù)企事業(yè)單位實(shí)際需求,通過定制培訓(xùn)，提供各種最新，最實(shí)用的技術(shù)及管理培訓(xùn)。v 近十年來，中心的企業(yè)培訓(xùn)遍及大江南北，客戶包括國家部委、高校、科研院所、世界跨國公司，大型國企，知名IT公司等眾多國內(nèi)外企事業(yè)單位，迄今已培養(yǎng)了數(shù)萬名高級管理及技術(shù)人才，深得用戶信賴與好評。培訓(xùn)類別培訓(xùn)類別中心培訓(xùn)技術(shù)種類齊全，可以為客戶提供一站式各類高級技術(shù)培訓(xùn)數(shù)據(jù)庫類 商業(yè)智能（BI）應(yīng)用服務(wù)器 存儲備份 網(wǎng)絡(luò)&操作系統(tǒng) 軟件開發(fā) 移動開發(fā)技術(shù) 大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 虛擬化軟件架構(gòu) 軟件工程 項(xiàng)

2、目管理 信息管理，IT規(guī)劃 ERPEDA電子電路 PCB 電磁兼容 可靠性有限元技術(shù)CFD，CAD，CAM，CAE，通信技術(shù)，arcgis空間技術(shù)數(shù)據(jù)分析及其軟件sas,spss,matlab嵌入式技術(shù)等v 其它末列技術(shù)等可以訂制培訓(xùn)培訓(xùn)形式培訓(xùn)形式公開課公開課上門內(nèi)訓(xùn)上門內(nèi)訓(xùn)特殊技術(shù)特殊技術(shù)訂制訂制培訓(xùn)培訓(xùn)相關(guān)技術(shù)支持相關(guān)技術(shù)支持PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)培訓(xùn)內(nèi)容 第1章 電磁兼容原理 1 emc的定義 2 EMC研究的目的以及意義 3 EMC三要素及策略 第2章PCB的EMC設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位 1PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義 2PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀地位 3板級EMC的成因培

3、訓(xùn)內(nèi)容 第3章PCB的EMC設(shè)計(jì) 1旁路退耦 2布線 3靜電放電的防護(hù) 4層疊設(shè)計(jì) 5地和電源 6模塊劃分 7綜合布局 8濾波培訓(xùn)內(nèi)容 第4章PCB設(shè)計(jì)中的EMC要求 1基本要點(diǎn) 2案例分析電磁兼容原理電磁兼容原理 emc的定義電磁兼容（ElectromagneticCompatibility,簡稱EMC）,電子和電氣系統(tǒng)、設(shè)備和裝置在預(yù)定的電磁環(huán)境和設(shè)定的安全界限內(nèi)在設(shè)計(jì)的性能水平工作時不會因?yàn)殡姶鸥蓴_而不引起不可接受的功能降級。以下是電磁兼容有關(guān)的常見術(shù)語：EMC：（Electromagneticcompatibility）電磁兼容性EMI：（Electromagneticinterfer

4、ence）電磁干擾EMS：（Electromagneticsusceptibility）電磁敏感度電磁兼容原理電磁兼容原理RF：（RadioFrequency）電磁頻率RE：（Radiatedemission）輻射騷擾CE：（Conductedemission）傳導(dǎo)騷擾CS：（Conductedsusceptibility）傳導(dǎo)騷擾抗擾度RS：（Radiatedsusceptibility）射頻電磁場輻射抗擾度ESD：（Electrostaticdischarge）靜電放電EFT/B：（Electricalfasttransientburst）電快速瞬變脈沖群Surge：浪涌電磁兼容原理電磁兼

5、容原理 EMC研究的目的以及意義一個系統(tǒng)如果滿足以下三個準(zhǔn)則，就認(rèn)為具有電磁兼容性：1、不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；2、對其他系統(tǒng)的輻射不敏感；3、不對自身產(chǎn)生干擾。這就是我們研究引申EMC的目的所在。電磁兼容原理電磁兼容原理總體來講，EMC分為EMI、EMS兩部分：EMI：電磁干擾，從本質(zhì)上講，干擾就是缺少相容性，那么電磁干擾就是缺少電磁兼容性。EMI是有害電磁能量由一個電子設(shè)備經(jīng)輻射或傳導(dǎo)（或兩個設(shè)備）傳送到一個電子設(shè)備的過程。在通常的應(yīng)用中，這個名詞指的是射頻（RF）信號的的電磁干擾。但是EMI可以發(fā)生在由DC到光波的整個頻率范圍。EMS：電磁敏感度，即處在一定環(huán)境中設(shè)備或系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時，

6、設(shè)備或系統(tǒng)能承受相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的電磁能量干擾，或者說設(shè)備或系統(tǒng)對于一定范圍內(nèi)的電磁能量不敏感，能按照設(shè)計(jì)的性能保持正常的運(yùn)行、工作；（防靜電要求為此類）。電磁兼容原理電磁兼容原理 EMC三要素及策略最簡單的電磁干擾模型有三個基本要素：1、一定存在電磁干擾源。2、必須在干擾源和干擾受體之間存在耦合通道來傳輸有害電磁能量。3、一定存在電磁干擾受體，當(dāng)電磁干擾強(qiáng)度超出容許的界限時，被干擾設(shè)備性能會發(fā)生混亂。EMC耦合問題的基本分解框圖如下：電磁兼容原理電磁兼容原理在單板范圍內(nèi)，我們可以找到如下幾個與輻射有關(guān)的項(xiàng)：v 干擾源：時鐘電路（包括晶振、時鐘驅(qū)動電路）；v 開關(guān)電源；v 高速總線（通常為低

7、位地址總線如：A0、A1、A2）；v 高電平信號、大電流信號、dv/dt、di/dt高信號；v 部分塑封器件；v 內(nèi)部互連電纜；v 不恰當(dāng)布防的印制線條等。電磁兼容原理電磁兼容原理耦合途徑：傳播能量的各種媒質(zhì)，例如自由空間、互連電纜（共模耦合）。按傳播的方式，電磁干擾分成兩種類型。1、傳導(dǎo)型干擾是系統(tǒng)產(chǎn)生并返回到支流輸入線或信號線的噪聲。2、輻射型干擾以電磁波的方式直接發(fā)射。單板中敏感器件或信號主要有：v 鎖項(xiàng)環(huán)（一種電路或者模塊，它用于在通信的接收機(jī)中，其作用是對接收到的信號進(jìn)行處理，并從其中提取某個時鐘的相位信息）v 收發(fā)模塊v 模擬信號v 復(fù)位信號電磁兼容原理電磁兼容原理總結(jié)：對于EMC

8、來講，這三個要素缺一不可。如果任一要素不存在，EMI也就不存在了。電磁兼容原理電磁兼容原理 EMC策略上述也意味著防止干擾的三種途徑：1、抑制源的發(fā)射2、盡可能使耦合路徑無效3、使接受器對發(fā)射不敏感抑制源的發(fā)射一般地說，在設(shè)計(jì)PCB時，消除主要的干擾源是最廉價(jià)有效的方法。干擾是產(chǎn)生初始波形的主要因素。PCB必須設(shè)計(jì)成使產(chǎn)生的電磁能量只限于需要的裝配部件處。通過必要的布局、布線以及采取屏蔽、接地措施來提高設(shè)備的抗擾能力。電磁兼容原理電磁兼容原理盡可能使耦合路徑無效在三要素的對策中切斷干擾的傳播途徑是最重要的一環(huán)。在單板上可采取以下措施來切斷耦合途徑或者減少耦合：1對應(yīng)傳導(dǎo)耦合：加濾波電容、濾波器

9、、共模線圈、隔離變壓器等；2對應(yīng)輻射耦合：相鄰層垂直走線、加屏蔽地線、磁性器件合理布局、3W規(guī)則、正確層分布、輻射能力強(qiáng)或敏感信號內(nèi)布層、使用I/O雙絞線、輻射信號強(qiáng)的信號遠(yuǎn)離拉手條、板邊縫隙等。從產(chǎn)品EMC設(shè)計(jì)的對策、手段來講，通常采用的不外乎接地、屏蔽、濾波三種。關(guān)于接地、屏蔽等一般涉及到結(jié)構(gòu)的開發(fā)，這次主要針對PCB的EMC設(shè)計(jì)給予介紹。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義1、信號質(zhì)量的要求在產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)中，除了通過有關(guān)測試、獲取相關(guān)認(rèn)證外，還必須結(jié)合信號完整性分析，保證信號質(zhì)量。如果產(chǎn)品順利通過EMC測試卻不能實(shí)現(xiàn)正常功能，那也是徒勞

10、的。在這方面，板級EMC設(shè)計(jì)是其它方式等無法取代的。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對策多樣化v 目前業(yè)界大多公司在EMC的處理上均采用注重源頭控制的EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從產(chǎn)品的概念、設(shè)計(jì)階段給予關(guān)注，可在原理、PCB、結(jié)構(gòu)、線纜、屏蔽、濾波、軟件等各個方面采取對策，而一旦產(chǎn)品推向時常，可采取的對策也只有在軟、硬件上打補(bǔ)丁了，對策的效果、可行性將面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。v 對于一個產(chǎn)品來講，從設(shè)計(jì)之初就采取一些抑制措施比成品之后再反復(fù)修改要經(jīng)濟(jì)的多。在電子產(chǎn)品的研制中，為獲得良好的EMC性價(jià)比，進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的；電子產(chǎn)品的EMC性

11、能是設(shè)計(jì)賦予的。測試僅僅是將電子設(shè)備固有的EMC性能用某種定量的方法表征出來。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)的意義3、縮短開發(fā)周期重視源頭控制，可能會拖延一點(diǎn)開發(fā)進(jìn)度，但比起產(chǎn)品定型后，再針對EMC特性進(jìn)行攻關(guān)要有效的多，而且產(chǎn)品定型后，再作EMC處理，由于受到諸多限制，可采用的對策極為有限。4、降低批量成本在單板、PCB設(shè)計(jì)階段進(jìn)行EMC控制，有可能會增加人力開發(fā)成本，但從批量生產(chǎn)等總成本考慮，關(guān)注源頭控制，可極大的降低批量成本。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀地位v 在信號質(zhì)量的

12、綜合考慮、單板接口、無法進(jìn)行完全屏蔽的產(chǎn)品里，開展PCB的EMC設(shè)計(jì)是其他任何EMC措施無法取代的；即使不存在以上問題的產(chǎn)品，開展以EMI源頭設(shè)計(jì)為主的EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，豐富了設(shè)計(jì)手段，減輕了后續(xù)工序的壓力，降低了綜合成本。v 我們也應(yīng)看到，在EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)里，單獨(dú)做好板級EMC的開發(fā)，并不能解決所有EMC問題，更不能有只需解決板級EMC問題，而無須再做屏蔽罩、屏蔽線纜的想法，我們強(qiáng)調(diào)的是EMC系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念，而PCB的EMC設(shè)計(jì)是這個系統(tǒng)設(shè)計(jì)鏈條上最關(guān)鍵的一環(huán)，在單板方面進(jìn)行EMC設(shè)計(jì)考慮是一個綜合的考慮，是我們硬件、PCB工程師抬頭腦中必須掌握的概念。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)

13、計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 PCB的EMC設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開發(fā)中的客觀地位v 現(xiàn)在一些電子企業(yè)的一個瓶頸是從事EMC開發(fā)、硬件開發(fā)的人員對PCB的設(shè)計(jì)了解不多，在單板的LAYOUT中，如果沒有通過相關(guān)認(rèn)證，就經(jīng)常采用加層、加容性、抗性器件等做法，“寧可錯殺一千，也不放過一個”，存在著明顯的過設(shè)計(jì)傾向，以致于增加了不小的成本，也增加了PCB的LAYOUT難度，甚至有些還是無法實(shí)施的。v 我們知道，PCB的設(shè)計(jì)需要綜合質(zhì)量、成本、加工工藝、EMC、安規(guī)、熱等諸多因素，缺乏對以上的綜合考慮，都不是一個成功的產(chǎn)品。這就需要我們的工程師對以上因素做到全局把握，根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的對策。v 以上為總體上針對電磁

14、兼容的基本原理進(jìn)行了簡單的闡述 PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 板級EMC的成因地平面是不平整的。實(shí)際中的地平面上各點(diǎn)的是存在電位差的，而且總是起伏不定的，類似于海面上的波浪。這構(gòu)成了PCB的EMC形成的必要條件，隨著頻率、速率的提高，傳輸線效應(yīng)越來越需要引起關(guān)注，引線電感以及信號回流過程中大大小小的環(huán)路就構(gòu)成了PCB的EMC形成。以下引申一個信號完整性的概念，并且分析一些問題的造成原因及其解決方法。信號完整性（SingnalIntegrity）是指一個信號在電路中產(chǎn)生正確的相應(yīng)的能力。信號具有良好的信號完整性（SingnalIntegrity）是指當(dāng)在需要的時候，

15、具有所必須達(dá)到的電壓電平數(shù)值。主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。PCB的的EMC設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)在EMC設(shè)計(jì)中的定位設(shè)計(jì)中的定位 板級EMC的成因常見信號完整性問題及解決方法：PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)在PCB設(shè)計(jì)的EMC設(shè)計(jì)，影響的因素很多，例如：v PCB的層疊設(shè)計(jì)v 電容的擺放v 接口電路v 時鐘晶振布局走線v 電源布局走線v 關(guān)鍵信號的布線等。幾乎PCB設(shè)計(jì)的任何一個步驟都會產(chǎn)生相應(yīng)的EMC問題 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦正確的使用電容是抑制干擾的一種有效措施。下面引申兩個概念：旁路和退耦是指把能量從一個電路轉(zhuǎn)移到另一個電路的功能，常用于電能分配系統(tǒng)的供電質(zhì)量。應(yīng)著重關(guān)

16、注三個方面：電源和地平面、元件以及內(nèi)部電源連接。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦旁路：將來自元件或線纜耦合的無用射頻噪聲從一個區(qū)域移往別處。旁路不僅對于實(shí)現(xiàn)濾波（有限帶寬）功能相當(dāng)關(guān)鍵，而且對于設(shè)置交流分路器防止干擾進(jìn)入敏感區(qū)域也是不可或缺的。用于該目的的電容是就是所謂的旁路電容。它利用了電容的頻率阻抗特性（理想電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低）可以看出旁路電容主要針對高頻干擾。退耦：去除從高頻元件進(jìn)入電源分配網(wǎng)絡(luò)的射頻能量。這些元件以一定的速度不停切換，同時消耗著同樣速度變化的電能。退耦電容可以為器件和元件的直流電源提供局部本地化的能量來源，這對于抑制電路板上尖峰電流沖擊的傳播擴(kuò)散至關(guān)

17、重要。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦在電源電路中，旁路和退耦都是為了減少電源噪聲。旁路主要是為了減少電源上的噪聲對器件本身的干擾；退耦是為了減少器件產(chǎn)生的噪聲對電源的干擾。pcb設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)法則：“在電路板的電源接入端放置一個110F的電容，濾除低頻噪聲；在電路板上每個器件的電源與地線之間放置一個0.010.1F的電容，濾除高頻噪聲。實(shí)際的電容并不是理想器件，因?yàn)椴牧稀⒎庋b等方面的影響，具備有電感、電阻等附加特性；尤其是在高頻環(huán)境中更表現(xiàn)的更像電感的電氣特性。我們都知道實(shí)際電容的模型簡單的以電容、電阻和電感建立。除電容的容量C以外，還包括以下相對重要的寄生參數(shù)：1、等效串聯(lián)電阻ESR2、等效

18、串聯(lián)電感ESL3、等效并聯(lián)電阻EPR PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 旁路退耦因?yàn)榧纳鷧?shù)的影響，尤其是ESL的影響，實(shí)際電容的頻率特性表現(xiàn)出阻抗和頻率成“V”字形的曲線，低頻時隨頻率的升高，電容阻抗降低；當(dāng)?shù)阶畹忘c(diǎn)時，電容阻抗等于ESR；之后隨頻率的升高，阻抗增加，表現(xiàn)出電感特性。對電容的選擇需要考慮的不僅僅是容值，還需要考慮其它因素。包括：電介質(zhì)材料，電容的幾何尺寸和放置位置。合理布置電源濾波/退耦電容：一般在原理圖中僅畫出若干電源濾波/退耦電容，但未指出它們各自應(yīng)接于何處。其實(shí)這些電容是為開關(guān)器件(門電路)或其它需要濾波/退耦的部件而設(shè)置的，布置這些電容就應(yīng)盡量靠近這些元部件，離得太遠(yuǎn)就沒有作

19、用了。（當(dāng)電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點(diǎn)的問題就顯得不那么明顯。）電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線1、阻抗匹配-反射和振鈴v 當(dāng)信號邊沿變得更快時，就必須考慮線條的傳輸和反射延時。這將引起各種問題，包括串?dāng)_、振鈴和反射。當(dāng)信號邊沿時間在器件負(fù)載間的傳輸時間占很大比例的時候，反射常常會導(dǎo)致信號完整性和EMI問題。解決反射問題需要延伸邊沿時間（減慢邊沿效率）或減小在負(fù)載器件之間的間隔距離。v 在電路網(wǎng)絡(luò)中，在PCB上的信號的反射是一個RF噪聲源。在傳輸線上存在阻抗不連續(xù)情況時，就能觀察到反射現(xiàn)象。這種不連續(xù)現(xiàn)象包括：v 線寬度的變化v 終端網(wǎng)絡(luò)

20、失配v 缺少端接v T形短線和線條交叉 PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線1、阻抗匹配-反射和振鈴v 布線層間的過孔v 可變負(fù)載和邏輯系列v 大的電源平面不連續(xù)v 轉(zhuǎn)換連接器v 傳輸線阻抗的變化當(dāng)然何時選擇端接，選擇怎樣的端接類型也是一個課題，在這里便不再具體闡述。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線2、串?dāng)_在布線時我除了考慮以下幾點(diǎn)之外。確定使用哪一層來布線如何在層間換層保持阻抗的連續(xù)串?dāng)_也是布線所考慮的一個重要因素。導(dǎo)線、電纜線和印制線間的串?dāng)_會影響系統(tǒng)內(nèi)的性能。系統(tǒng)內(nèi)是指在同一機(jī)箱內(nèi)的源和接收器。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須是自兼容的，因此串?dāng)_被當(dāng)作系統(tǒng)內(nèi)部必須減小或消滅的EMI問題。因?yàn)榇當(dāng)_會在印制線間產(chǎn)生干

21、擾，所以串?dāng)_通常被認(rèn)為是信號完整性問題。實(shí)際上，串?dāng)_表征的是RF能量從干擾線耦合到被干擾線。而EMI敏感電流也會將RF能量耦合到包括互連的其他電路。I/O線的耦合可導(dǎo)致在機(jī)箱內(nèi)出現(xiàn)輻射或傳導(dǎo)EMI問題，或者可能造成電路和子系統(tǒng)間的功能性問題。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線2、串?dāng)_v 為了避免串?dāng)_，在PCB階段，采用以下的設(shè)計(jì)和布線方法比較有效：v 將器件的邏輯系列按功能分類。嚴(yán)格控制總線結(jié)構(gòu)v 減小平行布線的線長v 器件位置遠(yuǎn)離I/O和其他對信號惡化和耦合敏感的電路區(qū)域。v 對控制阻抗的印制線或富含諧波能量的印制線進(jìn)行終端處理。v 避免互相平行的布線。在印制線間保持足夠的間距以減小感性耦合效應(yīng)

22、。v 相鄰布線層要采用正交布線方式。這樣會預(yù)防鄰近布線層間的容性耦合。v 減小信號層到參考地的距離。v 降低信號阻抗和驅(qū)動信號的電平。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 布線2、串?dāng)_v 9.用實(shí)心的平面結(jié)構(gòu)隔離必須同向的布線層。v 10.在層疊分配時將高噪聲發(fā)射器（時鐘，I/O，高速互連線等）分割或隔離在不同的布層中。v 11.在特殊的傳輸線上加裝具有頻帶限制功能的濾波器以清除源和被干擾印制線的直接耦合。PCB的的EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 靜電放電的防護(hù)通常靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對數(shù)字電路的危害甚于其對模擬電路的影響，是我們必須關(guān)心的問題。靜電放電能夠進(jìn)入輸入輸出端口和使用者可能接觸的地方。抑制靜電放電就是防止元件或者系統(tǒng)表面的高電壓脈沖通過輻射和傳導(dǎo)影響系統(tǒng)功能。ESD能量在開始階段積累的非常慢（以分或者妙計(jì)），然后再電容一類的結(jié)構(gòu)里存儲（比如人體、家具或者非連接的電纜）緊接著積累的電荷發(fā)生快速擊穿（通常在納秒的時間內(nèi)）。隨著這個納秒范圍的脈沖，放電能量能產(chǎn)生幾百兆赫茲到1GHz以上的電磁干擾。人體靜電的上升時間大約200ps到10ns甚至更快，其峰值脈沖電流可以有數(shù)安到30A以上。由于放電電流高速度、寬頻譜分布的特點(diǎn)，ESD能量能夠損壞電路，產(chǎn)生地反彈、甚至通過電磁耦合發(fā)生故障。