PCB的EMC设计

PCB的EMC设计...........................................................................................错误!未定义书签。EMC概述.........................................................................................................................................2PCB（PrintCircuitBoard）基础.....................................................................................................6信号完整性SI（SignalIntegrity）...............................................................................1020H规则：.....................................................................................................................113W规则：......................................................................................................................12高速数字系统的串扰：.................................................................................................12阻抗匹配与端接技术：.................................................................................................13镜像平面.........................................................................................................................15电源干扰的抑制：.........................................................................................................16去耦电容：.....................................................................................................................17电源层和接地层间的电容：.........................................................................................18小型电源母线.................................................................................................................19电源线的布线.................................................................................................................20地线的干扰.....................................................................................................................21屏蔽接地：.....................................................................................................................23接地.................................................................................................................................24地层的隔缝：.................................................................................................................29I/O去耦电容和EMC地................................................................................................30典型的多层印制电路板的分配方法.............................................................................31双面板的两种布局：横竖格矩阵结构和辐射走线结构.............................................32AD转换器的精度和分辨率增加时使用的布线技巧..................................................33什么是磁珠以及磁珠的原理与应用.............................................................................36EMC概述电磁兼容ＥＭＣ（electromagneticcompatibility）是一门综合性学科，主要研究电磁干扰和抗干扰的问题，即研究同一电磁环境下工作的各种电气电子系统、分系统、设备和元器件如何正常工作、互不干扰，进而达到兼容的状态。特别强调采用计算机仿真，对ＥＭＣ作反复优化设计后进行评定。但要注意计算机仿真应在设计完成之后和完成样机前进行。从电磁兼容型规范的评定要求出发。ＥＭＣ的两重含义：１.产生的电磁干扰不应对周围系统造成不能承受的影响和环境污染。２.对外界电磁干扰有足够的防御能力。质量可靠性的重要指标。研究干扰传输和耦合的机理。电磁干扰三要素：干扰源，传输途径和敏感体。干扰传输：１.导线传输导线电感（外电感）总是由于环路的存在而存在，单根导线的电感可以理解为该导线与其他导线相距较远时的外电感。传输线的电容增大则其电感必然减少，这非常有用。２.传导耦合电阻性：干扰电压越大，敏感体内阻越大，则容易干扰。公共地阻抗耦合：单元电路之间的公用信号回路线存在着微小的阻抗，或者电子系统与系统之间的接地线存在着阻抗将干扰传递。公共地线主要包括机壳地线，机框接线，金属接地板，接地网络和接地母线等。地线电阻不可能绝对为零，在高频工作，还须考虑电感效应。公共电源耦合：Ａ发生突变，就会使Ｉａ产生变化电流ｉ，即干扰电流，电源内阻ｒ产生变化电压干扰Ｂ。电感性（磁场）：干扰源回路的干扰电流频率越高，或干扰电压越大，或干扰源回路的阻抗越小，则干扰越大。两回路间距越小，互感越大，干扰越大。电容性（电场）：相距近，有电位差。干扰电压Ｕｃ正比于干扰信号频率，耦合电容及并联阻抗。辐射耦合：１.电偶极子辐射电偶极子是指与电磁波的波长相比足够短的电流元。视为发射天线或接受天线：导线长度与电磁波波长相比为同一数量级或以上时。２.磁偶极子辐射与电磁波波长相比足够小的电流环。金属板上的孔、缝、小槽及导线圆环等可看做其组合而成。实际情况下，任何工作在高频状态下的导体都能向外辐射。将该导体分段近似得到上述模型来分析。共模辐射：任何两金属物体之间只要存在射频电位差就可以构成一副不对称子天线。当天线的两个极的总长度大于波长的二十分之一时，天线才能有效辐射。为了减少共模辐射，应该尽量缩短较短的极。共模天线的一个极连接系统设备的外部连接线，而另一极则连接系统内部印制板的地线、电源面等。设备电缆线是设备内部电路暴露在机箱外面的部分，它们最容易受到辐射干扰。通常，在一个封闭系统中有很多的电气和电子设备，如电源、仪表、通信、导航、控制等，它们大多数装在金属壳的盒子中。但连接电缆直接暴露在电磁场的作用下，经过场对线的激励，感应较强的干扰能量，然后再沿导线传入设备内。经常引起两个毫不相干的设备发生干扰。电磁兼容控制策略传输通道抑制空间分离时间分割频域管理电气隔离滤波屏蔽搭接接地布线地点位置控制自然地形隔离方位角控制电磁场矢量方向控制时间共用准则雷达脉冲同步主动时间分割被动时间分割频谱管制滤波频率调制数字传输光电转换变压器隔离光电隔离继电器隔离DC/DC变换电动-发电机组空间分离：限制平行印制导线之间的最小间隔；容易互相干扰设备之间的拉远。屏蔽：静电屏蔽和电磁屏蔽。屏蔽要求完善的屏蔽体和良好的接地。电屏蔽不但要求具有良好的接地，而且要求屏蔽体有良好的导电连续性。频率管理法：信号选择滤波器和电磁干扰EMI滤波器（信号线滤波、电源滤波、印制板滤波、反射滤波、隔离滤波）。在导线上使用信号滤波器是解决高频电磁干扰辐射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富，应尽量减少。本质：利用系统的频谱特性将需要的频率成分全部接收，将干扰的频率成分加以剔除。电源线滤波器：LPF变压器是电源中抑制传导干扰的最基本的方法。DC/DC变换器是直流电源的隔离器件，为了防止多个设备共用一个电源引起共电源内阻干扰，应用DC/DC变换器单独对各电路供电。时间分割法：让电子系统与设备工作在干扰源的时间间隙里，从而避免电磁干扰。当干扰非常强并且不容易加以抑制时，通常采用此法。在许多高精度、高可靠性的系统设备中常采用。如飞机雷达工作时，首先发送封锁脉冲，关闭干扰报警器，避免误报。EMC三大技术：接地、屏蔽、滤波。合适的信号电平、阻抗、工作频率以及合理布局会降低对接地屏蔽和滤波的要求；良好的接地又降低两者的要求；良好的接地和屏蔽会降低滤波器的要求。电路和设备的电磁兼容性设计往往是在功能设计的基础上进行，电路的原理、设备的总体结构主要取决于技术性能的需要。在初步方案形成之后，开始考虑可靠性设计，其内容包括元器件选择和降额设计、热设计、电磁兼容性设计、安全性设计等。PCB（PrintCircuitBoard）基础低密度PCB的基板材料主要是覆铜箔层压板CCL（CopperCladLaminates）基板材料：XXXPC、FR2、FR3、FR4、FR5、G10和G11等，一般用FR4。过孔（Via）最大孔径取决于镀层厚度和孔径的公差，规定孔的最小镀层厚度一般允许偏差（孔到孔）10%，其最大尺寸一般不应超过板厚的1/3。当过孔只作贯穿连接或内层连接时，一般不用规定孔径比公差，特别是最小孔径公差。正常情况下，过孔孔径要比元件孔的孔径小。焊盘圆形：直径应为孔径的两倍，双面板最小为1.5mm，单单面板最小为2.0mm方形：主要用于标志出PCB上安装元器件的第一引脚，要求同上。SMD焊盘的制作问题：桥接（短路）、阴影效应、虚焊脱落。桥接经常发生在IC引脚之间以及距离太近的元件。IC引脚的桥接一般发生在离开锡炉的最后引脚上，有效方法是在焊盘设计上加上“吸锡”焊盘。对QFP封装应采用45°角放置。焊盘长度必须延伸出元器件体外，越高的器件其焊盘延伸也应越长。当连接到焊盘的走线较细时，为了避免起皮现象，将焊盘设计成泪滴焊