1、研 發 部 PCB的EMC設計求規范文 件 編 號： 版 本/版 次： 頁 碼： 生 效 日 期： :制訂： 審核： 批準：PCB的EMC設計規范V1.0一、 目的： 本規范規定公司PCB板設計時EMC設計要求與注意事項，保證公司所有PCB板的EMC符合國家標準，確保產品的質量與應用，統一公司產品PCB板的EMC設計要求，便于公司對產品PCB質量的評審與監控，同時提高產品的可靠性，減少不良率。二、 范圍： 本規范適用于公司所有產品PCB板的EMC設計要求規范。三、 EMC電磁兼容原理： 1、 EMC的定義：電磁兼容（Electromagnetic Compatibility,簡稱EMC），是研

2、究在有限的空間、時間和頻譜資源的功能條件下，各種電氣設備共同工作，并不發生降級。各種電氣設備電氣裝置或系統在共同的電磁環境條件小，既不受電磁環境的影響，也不會給環境以這種影響。各種電氣設備會因為周邊的電磁環境而導致性能降低、功能喪失和損壞，也不會在周邊環境中產生過量的電磁能量，以致影響周邊設備的正常工作。2、 EMC電磁兼容有關的常見術語：       EMC：（Electromagnetic compatibility）電磁兼容性       EMI：（Electromag

3、netic interference）電磁干擾       EMS：（Electromagnetic susceptibility）電磁敏感度       RE：（Radiated emission）輻射騷擾       CE：（Conducted emission）傳導騷擾       CS：（Conducted susceptibility）傳導騷擾抗擾

4、度       RS：（Radiated susceptibility）射頻電磁場輻射抗擾度       ESD：（Electrostatic discharge）靜電放電       EFT/B：（Electrical fast transient burst）電快速瞬變脈沖群       Surge：浪涌 3、 EMC電磁兼容研究的目的和意義： 1） 確

5、保系統內部的電路正常工作，互不干擾，以達到預期的功能； 2） 降低電子系統對外的電磁能量輻射，使系統產生的電磁干擾強度低于特定的限定值； 3） 減少外界電磁能量對電子系統的影響。提高系統自身的抗擾能力； 4、 EMC的主要內容： EMC是研究在給定的時間、空間、頻譜資源的條件下： 1） 同一設備內部各電路模塊的相容性，互不干擾、能正常工作； 2） 不同設備之間的兼容性，EMC分為 EMI 、EMS 兩部分：    EMI：電磁干擾，即處在一定環境中設備或系統，在正常運行時，不應產生超過相 應標準所要求的電磁能量；    EMS：電磁敏感度，即處在一定環境

6、中設備或系統，在正常運行時，設備或系統能 承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾，或者說設備或系統對于一定范圍 內的電磁能量不敏感，能按照設計的性能保持正常的運行、工作（防靜電要 求為此類）； 5、 EMC三要素：1） 干擾源：Ø 時鐘電路（包括晶振、時鐘驅動電路）；Ø 開關電源；Ø 高速總線（通常為低位地址總線如：A0、A1、A2）；Ø 高電平信號、大電流信號、dv/dt、di/dt高信號；Ø 繼電器； Ø 部分塑封器件； Ø 內部互連電纜；        

7、;     2）耦合途徑：Ø 傳播RF能量的各種媒質，例如自由空間、互連電纜（共模耦合）；Ø 按傳播的方式，電磁干擾分成兩種類型：傳導型干擾與輻射型干擾。 l 傳導型干擾：傳導型干擾是系統產生并返回到支流輸入線或信號線的噪聲，這個噪聲的頻率范圍為10KHZ-30MHZ，它既有共模方式，又有差模方式。LC網絡常常是抑制傳導干擾的主要方式。l 輻射型干擾：輻射型干擾以電磁波的方式直接發射，線路中一個普通的例子是電源線扮演發射天線的作用，頻率覆蓋范圍30MHZ-1GHZ，這個范圍的EMI可通過金屬屏蔽的方式抑制。 敏感裝置：。 3）耦合裝置

8、： Ø PCB上的各種敏感器件，它們易于接收來自I/O線纜的輻射干擾并把這些有害能量傳輸到其他敏感電路或器件上，敏感器件或信號主要有：l 鎖項環；l 收發模塊；l 模擬信號；l 復位信號；l 小弱信號。注：三者為順序關系，對于EMC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。6、 EMC設計對策：1) 降低干擾源：Ø 合理的PCB設計，消除RF干擾；Ø 多為增加磁珠和電感，尤其是鉭電容；Ø 將有源器件是所有輻射通過PCB設計將電磁能量限制在最小；Ø 利用時鐘擴頻率技術或適當的減緩信號的上升沿來降低時鐘信號的干擾強度；

9、16; 在器件選型方面以及天線效應方面（如嚴格控制線頭長度、控制信號回路面積）來控制EMI的強度；2) 切斷或削弱傳播途徑：Ø 對應傳導耦合：加濾波電容、濾波器、共模線圈、隔離變壓器等；Ø 對應輻射耦合：相鄰層垂直走線、加屏蔽地線、磁性器件合理布局、3W規則、正確層分布、輻射能力強或敏感信號內布層、使用I/O雙絞線、輻射信號強的信號遠離拉手條、板邊縫隙等。3) 提高設備的抗干擾能力：Ø PCB設計時采用接地、屏蔽、濾波技巧，提高設備的抗干擾能力。7、 EMC設計技巧：1) 信號質量的要求：在產品的EMC設計中，除了通過有關測試、獲取CE認證外，還必須結合信號完整性

10、分析，保證信號質量。2) 系統設計，對策多樣化： Ø 目前業界一流公司在EMC的處理上均采用注重源頭控制的EMC系統設計，從產品的概念、設計階段給予關注，可在原理、PCB、結構、線纜、屏蔽、濾波、軟件等各個方面采取對策。Ø 設計之初多采取一些抑制措施，電子產品的EMC性能是設計賦予。3) 縮短開發周期： 重視源頭控制，縮短開發周期。4) 降低批量成本： PCB的設計需要綜合質量、成本、加工工藝、EMC、安規、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品。需要對以上因素做到全局把握，根據實際情況，采取不同的對策，降低批量成本。 5) 信號完整性設計： Ø

11、 信號完整性是指一個信號在電路中產生正確的相應的能力，信號具有良好的信號完整性。信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串擾等。注重源頭控制的EMC系統設計，從產品的概念、設計階段給予關注，可在原理、PCB、結構、線纜、屏蔽、濾波、軟件等各個方面采取對策。Ø 過大的上沖，終端阻抗不匹配，終端端接使用上升時間緩慢的驅動源；Ø 直流電壓電平不好，線上負載過大，以交流負載替換直流負載，在接收端端接，重新布線或檢查地平面；Ø 過大的串擾，線間耦合過大，使用上升時間緩慢的發送驅動器，使用能提供更大驅動電流的驅動源； Ø 時延太大，傳輸線距離太長，替換或重新布線，檢查串

12、行端接頭，使用阻抗匹配的驅動源，變更布線策略；Ø 振蕩阻抗不匹配，在發送端串接阻尼電阻是信號完整性；6) 濾波、干擾： Ø 濾波技術是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對付開關電源EMI信號的傳導干擾和某些輻射干擾方面，具有明顯的效果；Ø 任何電源線上傳導干擾信號，均可用差模和共模干擾信號來表示。差模干擾在兩導線之間傳輸，屬于對稱性干擾；共模干擾在導線與地(機殼)之間傳輸，屬于非對稱性干擾。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小，共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導干擾，把EMI信號控制在有關EMC標準規

13、定的極限電平以下。 除抑制干擾源以外，最有效的方法就是在開關源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。一般設備的工作頻率約為1050 kHz。EMC很多標準規定的傳導干擾電平的極限值都是從10 kHz算起。對開關電源產生的高頻段EMI信號，只要選擇相應的去耦電路或網絡結構較為簡單的EMI濾波器，就不難滿足符合EMC標準的濾波效果；Ø 瞬態干擾：是指交流電網上出現的浪涌電壓、振鈴電壓、火花放電等瞬間干擾信號，其特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態能量大。瞬態干擾會造成單片開關電源輸出電壓的波動；當瞬態電壓疊加在整流濾波后的直流輸入電壓超過內部功率開關管的漏源擊穿電壓，因此必須采用抑制措施。

14、 通常靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對數字電路的危害甚于其對模擬電路的影響。靜電放電在5 200MHz的頻率范圍內產生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經常出現在35MHz 45MHz之間發生自激振蕩。許多I/O電纜的諧振頻率也通常在這個頻率范圍內，電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。當電纜暴露在4 8kV靜電放電環境中時，I/O電纜終端負載上可以測量到的感應電壓可達到600V。這個電壓遠遠超出了典型數字的門限電壓值0.4V。典型的感應脈沖持續時間大約為400納秒。將I/O電纜屏蔽起來，且將其兩端接地，使內部信號引線全部處于屏蔽層內，可以將干擾減小60 70dB，負載上的感應電

15、壓只有0.3V或更低。電快速瞬變脈沖群也產生相當強的輻射發射，從而耦合到電纜和機殼線路。電源線濾波器可以對電源進行保護。線 地之間的共模電容是抑制這種瞬態干擾的有效器件，它使干擾旁路到機殼，而遠離內部電路。當這個電容的容量受到泄漏電流的限制而不能太大時，共模扼流圈必須提供更大的保護作用。這通常要求使用專門的帶中心抽頭的共模扼流圈，中心抽頭通過一只電容（容量由泄漏電流決定）連接到機殼。共模扼流圈通常繞在高導磁率鐵氧體芯上，其典型電感值為15 20mH。 Ø 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接于何處。其實這些電容是為開關器件(門電

16、路)或其它需要濾波/退耦的部件而設置的，布置這些電容就應盡量靠近這些元部件，離得太遠就沒有作用了（當電源濾波/退耦電容布置的合理時，接地點的問題就顯得不那么明顯）。l 電源輸入端跨接10100uf的電解電容器，如有可能，接100uF以上的更好；l 原則上每個集成電路芯片都應布置一個0.01pF的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每48個芯片布置一個110pF的鉭電容；l 對于抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容；l 電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線；l 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時操作它們時均會產生較大

17、火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流，一般R取12K，C取2.247UF。l CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。 ；7) 金屬氧化物壓敏電阻應用： Ø 壓敏電阻是目前廣泛應用的瞬變干擾吸收器件，描述壓敏電阻性能的主要參數是壓敏電阻的標稱電壓和通流容量即浪涌電流吸收能力，前者是使用者經常易弄混淆的一個參數。壓敏電阻標稱電壓是指在恒流條件下（外徑為7mm以下的壓敏電阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出現在壓敏電阻兩端的電壓降。由于壓敏電阻有較大的動態電阻，在規定形狀的沖擊電流下（通常是8/20s的標準沖擊電流）出現在壓敏電阻兩端的電壓（亦稱

18、是最大限制電壓）大約是壓敏電阻標稱電壓的1.82倍（此值也稱殘壓比）。 這就要求使用者在選擇壓敏電阻時事先有所估計，對確有可能遇到較大沖擊電流的場合，應選擇使用外形尺寸較大的器件（壓敏電阻的電流吸收能力正比于器件的通流面積，耐受電壓正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件體積）。 使用壓敏電阻要注意它的固有電容。根據外形尺寸和標稱電壓的不同，電容量在數千至數百pF之間，這意味著壓敏電阻不適宜在高頻場合下使用，比較適合于在工頻場合，如作為晶閘管和電源進線處作保護用。 特別要注意的是，壓敏電阻對瞬變干擾吸收時的高速性能（達ns)級，故安裝壓敏電阻必須注意其引線的感抗作用，過長的引線會引入由于引線電感產

19、生的感應電壓（在示波器上，感應電壓呈尖刺狀）。引線越長，感應電壓也越大。為取得滿意的干擾抑制效果，應盡量縮短其引線。 關于壓敏電阻的電壓選擇，要考慮被保護線路可能有的電壓波動（一般取1.21.4倍）。如果是交流電路，還要注意電壓有效值與峰值之間的關系。所以對220V線路，所選壓敏電阻的標稱電壓應當是220×1.4×1.4430V。 此外，就壓敏電阻的電流吸收能力來說，1kA（對8/20s的電流波）用在晶閘管保護上，3kA用在電器設備的浪涌吸收上；5kA用在雷擊及電子設備的過壓吸收上；10kA用在雷擊保護上。 壓敏電阻的電壓檔次較多，適合作設備的一次或二次保護。8) 硅瞬變電

20、壓吸收二極管（TVS管）的應用：硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應時間（亞納秒級），和相當高的浪涌吸收能力，及極多的電壓檔次。可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。 TVS管有單方向（單個二極管）和雙方向（兩個背對背連接的二極管）兩種，它們的主要參數是擊穿電壓、漏電流和電容。 使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護電路工作電壓高10左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓，使TVS漏電流影響電路正常工作；也避免因環境溫度變化導致TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。 TVS管有多種封裝形式，如軸向引線產品可用在電源饋線上；雙列直插的和表面

21、貼裝的適合于在印刷板上作為邏輯電路、I/O總線及數據總線的保護。 注：TVS管在使用中應注意的事項：l 對瞬變電壓的吸收功率（峰值）與瞬變電壓脈沖寬度間的關系；l 對小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護；l 對重復出現的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩態平均功率是否在安全范圍之內；l 作為半導體器件的TVS管，要注意環境溫度升高時的降額使用問題；l 特別要注意TVS管的引線長短，以及它與被保護線路的相對距離；l 當沒有

22、合適電壓的TVS管供采用時，允許用多個TVS管串聯使用，串聯管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個，而峰值吸收功率等于這個電流與串聯管電壓之和的乘積；l TVS管的結電容是影響它在高速線路中使用的關鍵因素，在這種情況下，一般用一個TVS管與一個快恢復二極管以背對背的方式連接，由于快恢復二極管有較小的結電容，因而二者串聯的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。l 傳導干擾及抑制措施：a. 傳導干擾的頻率大致為100KHZ30MHZ，而且不同的標準定義的頻率范圍不一樣。我們國家采用的標準與FCC標準相似。傳導干擾是指干擾信號通過饋電線對市電電網的干擾。由于絕大部分的電器、儀表都直接與電

23、網相連接，抑制傳導干擾意義在于減小這儀表電器對電網的污染，防止干擾信號通過電網這個公共途徑對其他電子設備的干擾。b. 傳導干擾是電網上的高頻負載引起的，這些負載是高頻工作的開關電源、高頻信號源、高頻加熱器等等。這些負載往往會產生脈沖式的大電流，這些電流通過大的電流環路，產生了一些濾波電路無法濾除的共模噪聲，而且噪聲中包含了豐富的高次諧波。c. 抑制傳導干擾最常用的方法是在電網饋電回路中插入共模濾波器，共模濾波器（如圖1所示）由C1、C2、C3與B1組成，C1為安全標準件，取值在0.047uF0.47uF之間，耐壓為AC250V，薄膜電容，主要是濾除差模噪聲。B1是繞在同一磁路上的兩組線圈，電感量在12mH50mH之間，磁性材料為一般的鐵氧體軟磁材料。C2及C3