1、第五章 PCB的電磁兼容設計 脈沖信號的頻譜T1/d1/trdtr 諧波幅度（電壓或電流）頻率（對數）-20dB/dec-40dB/decAV( or I) = 2A(d+tr)/TV( or I) = 0.64A/TfV( or I) = 0.2A/Ttrf2地線和電源線上的噪聲Q1Q2Q3Q4R4R2R3R1VCC被驅動電路被驅動電路ICCI驅動驅動I充電充電I放電放電IgVg電源線、地線噪聲電壓波形輸出ICCVCCIgVg1324寄生電容地線干擾線路板走線的電感 L = 0.002S(2.3lg ( 2S / W ) + 0.5 HWSL = ( L1L2 - M2 ) / ( L1 +

2、 L2 - 2M ) 若：若：L1 = L2L= ( L1 + M ) / 2MII地線網格電源線噪聲的消除電源線電感電源線電感儲能電容儲能電容這個環路盡量小這個環路盡量小電源解耦電容的正確布置盡量使電源線與地線靠近盡量使電源線與地線靠近 解耦電容的選擇C = dI dt dVZf1/2 LC各參數含義：各參數含義：在時間在時間dt內，電源線上出內，電源線上出現了瞬間電流現了瞬間電流dI，dI導致導致了電源線上出現電壓跌落了電源線上出現電壓跌落dV。 增強解耦效果的方法增強解耦效果的方法電源電源地地鐵氧體鐵氧體注意鐵氧體安裝的位置注意鐵氧體安裝的位置接地線面接地線面細線細線粗線粗線用鐵氧體增加

3、用鐵氧體增加電源端阻抗電源端阻抗用細線增加電用細線增加電源端阻抗源端阻抗線路板的兩種輻射機理差模輻射差模輻射共模輻射共模輻射電流環電流環桿天線桿天線電流環路產生的輻射近場區內近場區內: H = IA / (4 D3) A/m E = Z0IA / (2 D2) V/m ZW = Z0（2 D/ ） 遠場區內遠場區內: H = IA / ( 2D) A/m E = Z0 IA / ( 2D) V/m ZW = Z0 = 377 AI隨頻率、距離增加而增加 Z0 f、D導線的輻射近場區內近場區內: H = I L / (4 D2) A/m E = Z0I L / (8 2 D3) V/m ZW =

4、 Z0（ /2 D） 遠場區內遠場區內: H = I L / (2 D) A/m E = Z0 I L / (2 D) V/mI L隨頻率、距離增加而減小 Z0 f、D實際電路的輻射ZGZLVZC = ZG + ZL近場：近場：ZC 7.9 D f E = 7.96VA / D3 （ V/m） ZC 7.9 D f ， E = 63 I A f / D2 （ V/m） H = 7.96IA / D3 （ A/m）遠場：遠場： E = 1.3 I A f 2 /D （ V/m）環路面積環路面積 = AI常用的差模輻射預測公式考慮地面反射時：考慮地面反射時： E = 2.6 I A f 2 /D

5、（ V/m）脈沖信號差模輻射的頻譜頻譜包絡線頻譜包絡線差模輻射頻率特性線差模輻射頻率特性線脈沖的差模輻射包絡線脈沖的差模輻射包絡線 1/ d 1/ tr40dB/decfff- 20dB/dec- 40dB/dec E = 2.6 I A f 2 /D EdB = 20lg（2.6 I A /D） +40lg f 40dB/dec20dB/dec不同邏輯電路為了滿足EMI指標要求所允許的環路面積邏輯 系列 上升時間 電流 不同時鐘頻率允許的面積（cm2 ） 4MHz 10 30 100 4000B 40 6 1000 400 74HC 6 20 50 45 18 6 74LS 6 50 20

6、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 僅代表了一個環路的輻射情況，若有N個環路輻射，乘以 N 。因此，可能時，分散時鐘頻率。如何減小差模輻射？E = 2.6 I A f 2 / D低通濾波器低通濾波器布線電路中的強輻射信號 1 10 100 1000 1 10 100 1000dB V/mdB V/m所有電路加電工作所有電路加電工作只有時鐘電路加電工作只有時鐘電路加電工作電流回路的阻抗LRIZ = R + j LL = / I A單層或雙層板如何

7、減小環路的面積不良布線舉例68HC1174HC00AB連接連接A、BE時鐘隨便設置的地線沒有用在線路板上沒有布線的地方全部鋪上地線是在線路板上沒有布線的地方全部鋪上地線是EMC設計嗎？設計嗎？多層板能減小輻射信號信號1電源層電源層地線層地線層信號信號2低頻高頻DC0.5 1 10 100 1G110地線面的阻抗，地線面的阻抗，m / 平方平方地線面具有很小的地線阻抗地線面具有很小的地線阻抗地線面上的縫隙的影響模擬地模擬地數字地數字地A/D變換器L75mm25mmL : 0 10cm VAB : 15 75mVAB線路板邊緣的一些問題關鍵線（時鐘、射頻等）產生較強輻射無地線電源層地線層20H扁平

8、電纜的使用地線一部分信號回流經過一部分信號回流經過ABCDABCD最好最好較好較好差差較好，但端接困難較好，但端接困難扁平電纜這兩處都有地線這兩處都有地線外拖電纜的共模輻射LI2HCPI3I1CPVCM機箱內的機箱內的所有信號所有信號都會通過都會通過電纜輻射！電纜輻射！兩端設備都接地的情況LCPICMRWRWL ZCM = RW + j L+RL+1/ j C懸浮電纜ICM近場區內近場區內: E = 1430I L / (f D3) V/m遠場區內遠場區內: E = 0.63 I L f / D V/m考慮地面反射：考慮地面反射： E = 1.26 I L f / D V/mL /2或或 /4

9、時：時： E = 120I / D V/m電纜長度：電纜長度：L共模電流的測量共模電流的測量電流卡鉗電流卡鉗頻譜分析儀頻譜分析儀VdB VICM被測電流被測電流 IV傳輸阻抗：傳輸阻抗：ZT = V / I 怎樣減小共模輻射 E = 1.26 I L f / D 共模濾波共模濾波共模扼流圈共模扼流圈減小共模電壓減小共模電壓使用盡量使用盡量短的電纜短的電纜共模濾波共模濾波電纜屏蔽電纜屏蔽平衡接口電路+Vcc-Vcc+V-VZ0/2Z0/2增加共模回路的阻抗PCBPCB共模回路共模回路改善量改善量 = 20lg(E1 / E2) = 20lg ( ICM1 / ICM2 ) = 20lg(VCM

10、/ ZCM1) / (VCM / ZCM2) =20 lg ( ZCM2 / ZCM1) =20 lg ( 1+ ZL / ZCM1 ) dBI/O接口布線的一些要點干凈區域濾波電容電源線連接地線連接信號濾波器信號濾波器隔離變壓器/光耦隔離器橋壕溝壕溝時鐘電路、高速電路濾波器電容量的選擇R負載R源電容合適電容過大 低速接口10 100kB/s 高速接口 2MB/s低速CMOS TTL上升時間 tr 0.51s 50ns 100ns 10ns帶寬 BW 320kHz 6MHz 3.2MHz 32MHz總阻抗 R 120 100 300 100150最大電容 C 2400pF 150pF 100pF 30pF用屏蔽電纜抑制共模輻射CMCMDMCMCM屏蔽電纜的評估CMCMDMV輻射環路輻射環路VIZT = V / I不同屏蔽層的傳輸阻抗102 103 104 105 106 107 1080.0010.010.1110100100010000傳輸阻抗（傳輸阻抗（m /m）Hz鋁箔鋁箔單層編織單層編織最佳單層編織最佳單層編織雙層編