电子大赛培训PCB的电磁兼容设计.ppt

实践电磁兼容 － 第五章 PCB的电磁兼容设计 PCB的电磁兼容设计 地线和电源线上的噪声 电源线、地线噪声电压波形 地线干扰 线路板走线的电感 地线网格 电源线噪声的消除 电源解耦电容的正确布置 解耦电容的选择 增强解耦效果的方法 不同逻辑电路为了满足EMI指标要求所允许的环路面积 单层或双层板如何减小环路的面积 不良布线举例 随便设置的地线没有用 地线面上的缝隙的影响 线路板边缘的一些问题 扁平电缆的使用 外拖电缆的共模辐射 两端设备都接地的情况 怎样减小共模辐射 平衡接口电路 增加共模回路的阻抗 I/O接口布线的一些要点 滤波器电容量的选择 不同屏蔽层的传输阻抗 屏蔽层的错误接法 电缆屏蔽层的正确端接 线路板上的局部屏蔽 虽然从共模辐射的公式中很容易看出控制那些参数可以减小电缆的共模辐射。但是如何控制这些参数并不简单。 电缆长度控制：在满足使用要求的前提下，尽量使用短的电缆。但电缆长度往往受到设备之间连接距离的限制，不能随意缩短。 减小共模电流：这是最重要的一个内容。减小共模电流可以从下面几个方面展开。 1 增加共模电流环路的阻抗：在共模电压一定的情况下（共模电压与线路板设计、电缆布置、机箱结构等因素有关），增加共模电流路径的阻抗可以减小共模电流。共模扼流圈就是达到这个目的的方法之一。 2 减小共模电压阻抗：当共模回路阻抗一定时，减小共模电压就、可以减小共模电流。但是共模电压产生的机理十分复杂，没有丰富的电磁兼容知识，很难搞清共模电压是那里产生的。一般通过在线路板的I/O接口部分设置干净地、对机箱内的I/O电缆屏蔽、是机箱内的I/O电缆长度尽量短等方法可以减小共模电压。 减少电缆上的高频共模电流：可以通过使用共模低通滤波器来实现。但是，共模滤波器往往对差模信号也有一定的影响，当差模信号的信号频率较高时，不能够有效地滤除高频共模电流。共模扼流圈是唯一的对差模信号影响很小的共模滤波器件，但是其效果往往很有限。 屏蔽电缆：屏蔽电缆是抑制共模辐射十分有效的方法，但要注意电缆屏蔽层的端接方法和端接位置，端接的不好可能会增加电缆的辐射。 当线路板上布满了器件时，地线面实际已经成为了一个筛子网。然而，更严重的问题是，一些孔重叠起来，形成了长缝隙。 长缝隙的危害：当地线面上有缝隙时，信号回流不能跨过缝隙，而要绕着缝隙走，这样就形成不了较小的信号环路，产生较大的辐射和敏感度问题。因此，在布线时，要尽量避免在地线层上形成长的缝隙。 长缝隙的处理：一旦地线面上出现了不可避免的长缝隙，可以在跨过长缝隙的关键线近旁（越近越好）增加一根横跨线，这样根据最小阻抗的原理，高频信号就自动流过这根导线，保持了较小的环路面积。 模拟地与数字地之间的缝隙：线路板上同时有模拟电路和数字电路时，为了避免数字地上的噪声电流对模拟地产生干扰，往往将两者分开布置，这样两者之间必然出现缝隙。这时，要记住：决不能使任何信号线横跨过缝隙，而应该从两者的连接点穿过。 说明1：地线面上的过孔即使没有重叠起来形成长缝隙，也会影响地线面的阻抗。这一点在频率较高、电流较大的场合是一个不能忽视的问题。例如，大规模可编程门阵列在工作时，需要电源线上的储能电容提供很大的瞬间电流。这时，最好在芯片的四周各安装一个电容。 说明2：不要在地线面上开一个缝隙，将时钟线埋在里面。这样可能会减小这根时钟信号线上的辐射，但是会增加其它走线的辐射。 例一： 问题： 这种结构中回流电流的面积很大，尽管信号线很短，但回流线必须绕一个大圈，形成很大的电流环路面积，产生较强的辐射。 解决方法： 梳状地线很容易改成网格地线，只要在每条竖地线之间增加一条短 路线，就构成了地线网格，能够为每个信号电流提供一个较小的信号环路。根据前面讨论的信号环路电感，面积小的环路电感较小，也就是阻抗较小，因此，信号电流必然会取环路面积较小的路径。 例二： 问题： 68HC11的时钟信号送到74HC00，74HC00的输出返回到68HC11，这两个片子虽然靠得很近，信号线仅有5厘米长，但地线却联到了线路板的两个对角，2MHz的信号电流面积实际是整块PCB。 解决方法： 将A点与B点连接起来，使2MHz的高次谐波辐射降低了15 - 20dB。 说明：在设计电路时，不仅要关注信号线，控制其长度，还要关注信号回流线，使整个回路面积最小。 出于成本的考虑，在一般民用设备中都使用单层或双层印刷线路板。随着数字脉冲电路广泛应用，单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。造成这种现象的主要原因之一就是信号回路面积过大。不仅产生了较强的电磁辐射，而且使电路对外界干扰敏感。要改善线路板的电磁兼容性，最简单的方法是减小关键信号的回路面积。 关键信号：从电磁兼容的角度考虑，关键信号主要指能产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。如前所述，能够