1、PCB电磁兼容设计2 电磁兼容的英文为电磁兼容的英文为Electromagnetic Compatibility，简称简称EMC。电磁兼容技术是一门迅速发展的综合性。电磁兼容技术是一门迅速发展的综合性交叉学科，研究交叉学科，研究PCB设计中的电场与磁场的兼容性设计中的电场与磁场的兼容性。EMC技术涉及的频率范围技术涉及的频率范围0400GHz，研究，研究PCB设计中的电场与磁场的兼容性设计中的电场与磁场的兼容性。设备和系统的设计、。设备和系统的设计、研制、生产、使用和维护都要运用研制、生产、使用和维护都要运用EMC技术。技术。3 10.1 电磁兼容的基本知识电磁兼容的基本知识 电磁波作为一种资
2、源，已在电磁波作为一种资源，已在0400GHz宽频范围宽频范围内广泛地用于信息技术产品中。伴之而来的电磁干扰内广泛地用于信息技术产品中。伴之而来的电磁干扰也从低频段到微波波段，无孔不入地辐射或传导至设也从低频段到微波波段，无孔不入地辐射或传导至设备系统以及周围的环境，给设备甚至社会生产活动和备系统以及周围的环境，给设备甚至社会生产活动和人体健康带来了越来越严重的危害。人体健康带来了越来越严重的危害。10.1.1 电磁兼容及相关概念电磁兼容及相关概念 设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。环境中的任何事物
3、构成不能承受的电磁骚扰的能力。4 1、设备或系统产生的电磁干扰，不应对周围、设备或系统产生的电磁干扰，不应对周围造成不能承受的影响；也不应对周围环境造成造成不能承受的影响；也不应对周围环境造成不能承受的不能承受的“污染污染”；2、设备或系统对来自周围的电磁干扰，应具、设备或系统对来自周围的电磁干扰，应具有足够的防御能力。有足够的防御能力。研究内容：电磁兼容设计、电磁兼容测试、研究内容：电磁兼容设计、电磁兼容测试、电磁兼容标准及电磁兼容标准及EMC预测。预测。EMC的三要素：干扰源、耦合通路和敏感的三要素：干扰源、耦合通路和敏感体。切断任何一项都可解决电磁兼容问题。体。切断任何一项都可解决电磁兼
4、容问题。5 电磁环境是由空间、时间和频谱三大要电磁环境是由空间、时间和频谱三大要要素组成的。要素组成的。2.电磁兼容相关概念电磁兼容相关概念 电磁干扰（电磁干扰（EMI）会引起设备、传输通）会引起设备、传输通道或系统性能下降。道或系统性能下降。电子系统受干扰的路径主要是通过电源、电子系统受干扰的路径主要是通过电源、信号线或控制电缆、场渗透，最后经过信号线或控制电缆、场渗透，最后经过天线直接进入；天线直接进入；6 另外还有电缆耦合（其它设备的传导干扰），另外还有电缆耦合（其它设备的传导干扰），电子系统内部场耦合（其它设备的辐射干扰），电子系统内部场耦合（其它设备的辐射干扰），电子外部耦合到内部场
5、，宽带发射机天线系统，电子外部耦合到内部场，宽带发射机天线系统，外部环境场等等。外部环境场等等。电磁骚扰（电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）是）是指任何可能引起设备、装置或系统性能降低或指任何可能引起设备、装置或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。电磁骚扰有下列三种表现表形式：电磁现象。电磁骚扰有下列三种表现表形式：电磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。磁噪声、无用信号或传播媒介自身的变化。7 电磁辐射：是以电磁波形式由波源发射到空间电磁辐射：是以电磁波形式由波源发射到空间的现象或以电磁波的形式
6、存在于空间的现象。的现象或以电磁波的形式存在于空间的现象。“电磁辐射电磁辐射”一词的含义有时也可引伸，电磁一词的含义有时也可引伸，电磁感应现象也包含在内。感应现象也包含在内。电磁噪声（电磁噪声（Electromagnetic Noise）是一种明）是一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可与有用信显不传送信息的时变电磁现象，它可与有用信号叠加或组合，有时也称为电磁环境。号叠加或组合，有时也称为电磁环境。89 共模干扰共模干扰(CM)和差模干扰和差模干扰(DM)：共模干扰存在于电：共模干扰存在于电源任何一相线与大地或中线与大地间。共模干扰有时也源任何一相线与大地或中线与大地间。共模干扰有时也称纵模
7、干扰、不对称干扰或接地干扰，是载流导体与大称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰，是载流导体与大地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线地之间的干扰。差模干扰存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称与相线之间。差模干扰也称常模干扰、横模干扰或对称干扰，这是载流导体之间的干扰。共模干扰表明干扰是干扰，这是载流导体之间的干扰。共模干扰表明干扰是由辐射或串扰耦合到电路中来的。而差模干扰则表明干由辐射或串扰耦合到电路中来的。而差模干扰则表明干扰是源于同一条电源电路的。扰是源于同一条电源电路的。10 高能量、高频率、高密度的发射源增多，高能量、高频率、高密度的发射源增
8、多，会使系统的辐射加重，干扰信号增强。会使系统的辐射加重，干扰信号增强。电磁辐射污染己被世界卫生组织列为必电磁辐射污染己被世界卫生组织列为必须严加控制的现代公害之一。据调查，须严加控制的现代公害之一。据调查，长期接受高频电磁辐射，会对眼睛、神长期接受高频电磁辐射，会对眼睛、神经系统、生殖系统、心血管系统、消化经系统、生殖系统、心血管系统、消化系统及骨组织造成严重的不良影响，甚系统及骨组织造成严重的不良影响，甚至危及生命。至危及生命。11 10.1.2 电磁兼容的三要素电磁兼容的三要素 电磁兼容的三要素是干扰源、耦合途径、敏感电磁兼容的三要素是干扰源、耦合途径、敏感设备。切断以上任何一项都可解决
9、电磁兼容问题。设备。切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题。解决电磁兼容问题要从以下方面入手研究：电解决电磁兼容问题要从以下方面入手研究：电磁骚扰源，包括其频域和时域特性、产生的机理以磁骚扰源，包括其频域和时域特性、产生的机理以及抑制措施等；电磁骚扰传播特性；敏感设备抗干及抑制措施等；电磁骚扰传播特性；敏感设备抗干扰的能力；电磁兼容性问题的测量方法；系统内及扰的能力；电磁兼容性问题的测量方法；系统内及系统间的电磁兼容性。系统间的电磁兼容性。12 1干扰源干扰源传导干扰、空间干扰传导干扰、空间干扰2耦合途径耦合途径 电磁干扰的传播途径有通过电源线、信号线、电磁干扰的传播途径有通过电源线、信号线、地
10、线、大地等途径传播的地线、大地等途径传播的“传导干传导干扰扰(Conducted Interference)，也有通过空间直，也有通过空间直接传播的接传播的“空间干扰空间干扰”(Radiated Interference)。前。前者归属于频率较高的部分者归属于频率较高的部分(30MHz)，后者则是较低，后者则是较低频的部分频的部分(30MHz)。传导干扰是指一个电网络信号通过导电介质，耦传导干扰是指一个电网络信号通过导电介质，耦合合(干扰干扰)到另一个电网络。到另一个电网络。13 比如开空调时，室内的荧光灯会出现瞬间变暗的比如开空调时，室内的荧光灯会出现瞬间变暗的现象，这是因为大量电流流向空调
11、，电压急速下降，现象，这是因为大量电流流向空调，电压急速下降，利用同利用同_电源的荧光灯受到影响。通常采用的解决方电源的荧光灯受到影响。通常采用的解决方法是通过去耦来消除传导性干扰，比如给发生源及法是通过去耦来消除传导性干扰，比如给发生源及被干扰设备的电源线安装滤波器，或者将信号线改被干扰设备的电源线安装滤波器，或者将信号线改为光纤。为光纤。辐射干扰是指干扰源通过空间，把信号耦合辐射干扰是指干扰源通过空间，把信号耦合(干干扰扰)到另一个电网络。到另一个电网络。14 在高速在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电及系统设计中，高频信号线、集成电路的管脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性路的
12、管脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。由于传播途径是空系统内其他子系统的正常工作。由于传播途径是空间，解决辐射干扰的方法除前面所讲的滤波之外，间，解决辐射干扰的方法除前面所讲的滤波之外，还要对设备进行屏蔽方能有效。还要对设备进行屏蔽方能有效。辐射发射有两种基本类型：差模辐射发射有两种基本类型：差模(DM)和共模和共模(CM)。一般设备的电源线和通信线路，这两根导线。一般设备的电源线和通信线路，这两根导线作为往返线路输送电力或信号。作为往返线路输送电力或信号。15 干扰电压和电流
13、分为两种：一种是两根干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别作为往返线路传输；另一种是导线分别作为往返线路传输；另一种是两根导线作去路，地线作返回路传输。两根导线作去路，地线作返回路传输。前者就是前者就是“差模差模”，后者是，后者是“共模共模”。干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，这种干扰是比较容易消除的。公共回路，这种干扰是比较容易消除的。16 干扰电压和电流分为两种：一种是两根干扰电压和电流分为两种：一种是两根导线分别作为往返线路传输；另一种是导线分别作为往返线路传输；另一种是两
14、根导线作去路，地线作返回路传输。两根导线作去路，地线作返回路传输。前者就是前者就是“差模差模”，后者是，后者是“共模共模”。干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电干扰信号侵入线路和接地之间，干扰电流在两条线上各流过二分之一，以地为流在两条线上各流过二分之一，以地为公共回路，这种干扰是比较容易消除的。公共回路，这种干扰是比较容易消除的。17 但在实际电路中，由于两根导线终端与但在实际电路中，由于两根导线终端与地线之间的阻抗不平衡，会出现模式的地线之间的阻抗不平衡，会出现模式的相互转换。即通过导线传递的一种模式相互转换。即通过导线传递的一种模式在终端反射时，使共模信号干扰会转化在终端反射时，使共模信号
15、干扰会转化为不易消除的串扰干扰。为不易消除的串扰干扰。通常这两种干扰是同时存在的，由于线通常这两种干扰是同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转化，所以情况十分复杂。会相互转化，所以情况十分复杂。18 总而言之，当设备和导线的长度比波长短时，主要总而言之，当设备和导线的长度比波长短时，主要问题是传导干扰；当它们的尺寸比波长大时，主要问题问题是传导干扰；当它们的尺寸比波长大时，主要问题是辐射干扰。是辐射干扰。3提高设备抗耦合干扰性能提高设备抗耦合干扰性能(1)电路性耦合电路性耦合 针对电路性耦合的电磁兼容设计方法是：针对电路性耦合的电磁兼容设
16、计方法是：对共电源内阻产生的电磁干扰，可使用不同的电源对共电源内阻产生的电磁干扰，可使用不同的电源分别供电。分别供电。对共回路导线产生的电磁干扰，可以对导线阻抗加对共回路导线产生的电磁干扰，可以对导线阻抗加以限制或去耦。共回路导线的阻抗包括电阻和电感。以限制或去耦。共回路导线的阻抗包括电阻和电感。19 a限制电阻的方法：增大共回路导线的截面积，限制电阻的方法：增大共回路导线的截面积，减少共回路导线的长度和降低接触电阻。减少共回路导线的长度和降低接触电阻。b限制电感的方法：减小共回路导线的长度和限制电感的方法：减小共回路导线的长度和导线间的距离。导线间的距离。c电路去耦的方法：去掉共回路导线，而
17、将不电路去耦的方法：去掉共回路导线，而将不同的回路仅在一点接地。同的回路仅在一点接地。对共地阻抗产生的电磁干扰，可以想办法降对共地阻抗产生的电磁干扰，可以想办法降低共地阻抗。低共地阻抗。电位隔离。电位隔离。电位隔离有机械、电磁、光电和浮地电位隔离有机械、电磁、光电和浮地4种隔种隔离方式，其实质是人为地造成电位隔离，以阻离方式，其实质是人为地造成电位隔离，以阻止电路性耦合产生的电磁干扰。止电路性耦合产生的电磁干扰。20 (2)电容性耦合电容性耦合 任何两个导体之间都存在着电容。任何两个导体之间都存在着电容。针对电容性耦合的电磁兼容设计方法是：针对电容性耦合的电磁兼容设计方法是：尽可能减小干扰源尽
18、可能减小干扰源U1的幅值和干扰的幅值和干扰源的变化速度源的变化速度。耦合电容设计得尽可能小：加大两耦合电容设计得尽可能小：加大两个导体间的距离，缩短两个导体的长度，个导体间的距离，缩短两个导体的长度，避免两个导体平行走线。避免两个导体平行走线。21 屏蔽屏蔽 屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对象之间的电力线。象之间的电力线。屏蔽的方法：采用与干扰源基准电位屏蔽的方法：采用与干扰源基准电位相连的屏蔽或者与被干扰对象基准电位相连的屏蔽或者与被干扰对象基准电位相连的屏蔽，或者上述两者都用。当导相连的屏蔽，或者上述两者都用。当导线的长度小于工作信号波长的线的长度小于工作信
19、号波长的l20时，时，采用单点接地，否则采用多点接地。接采用单点接地，否则采用多点接地。接地的长度要尽可能短。地的长度要尽可能短。22 平衡平衡 平衡的目的：当干扰源和被干扰对象平衡的目的：当干扰源和被干扰对象的基准电位是相互独立时，可以采用平的基准电位是相互独立时，可以采用平衡的方法使干扰源和被干扰对象的耦合衡的方法使干扰源和被干扰对象的耦合电容平衡，以免除电容性耦合的电磁干电容平衡，以免除电容性耦合的电磁干扰。扰。平衡的方法：干扰源和被干扰对象均采平衡的方法：干扰源和被干扰对象均采用绞合导线；采用四芯导线使干扰源和用绞合导线；采用四芯导线使干扰源和被干扰对象的导线交叉对称。被干扰对象的导线
20、交叉对称。23 (3)电感性耦合电感性耦合 任何两个回路之间存在着互感。互感值与介任何两个回路之间存在着互感。互感值与介质的磁导率触成正比，并与两个回路的几何尺质的磁导率触成正比，并与两个回路的几何尺寸有关。寸有关。针对电感性耦合的电磁兼容设计方法是：针对电感性耦合的电磁兼容设计方法是：尽可能减小干扰源电流的变化速度。尽可能减小干扰源电流的变化速度。尽可能减小两个回路的互感：加大两个回尽可能减小两个回路的互感：加大两个回路间的距离；缩短两个回路的长度；避免两个路间的距离；缩短两个回路的长度；避免两个回路平行走线；缩小两个回路的面积，并降低回路平行走线；缩小两个回路的面积，并降低重合度。重合度。
21、24 屏蔽、屏蔽、屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对屏蔽的目的：切断干扰源和被干扰对象之间的磁力线。象之间的磁力线。屏蔽的方法：采用铁磁性导体的静态屏蔽的方法：采用铁磁性导体的静态磁屏蔽，采用良导体感应涡流的动态磁磁屏蔽，采用良导体感应涡流的动态磁屏蔽。屏蔽。平衡平衡 平衡的目的：采用平衡的方法减小或平衡的目的：采用平衡的方法减小或免除电感性耦合的电磁干扰。免除电感性耦合的电磁干扰。25 (4)辐射性耦合辐射性耦合 辐射性耦合是电磁场通过空间耦合到被干扰辐射性耦合是电磁场通过空间耦合到被干扰对象。对象。针对辐射性耦合的电磁兼容设计方法是：针对辐射性耦合的电磁兼容设计方法是：采用空间分离的方法，把
22、容易相互干扰的采用空间分离的方法，把容易相互干扰的设备和导线安排得远一些，并调整电磁场矢量设备和导线安排得远一些，并调整电磁场矢量方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最低。方向，使接收设备耦合的干扰电磁场最低。采用时间分离方法，把产生辐射的设备和采用时间分离方法，把产生辐射的设备和易接收辐射的设备安排在不同的时间工作。易接收辐射的设备安排在不同的时间工作。26 采用频率分离方法，使产生辐射的采用频率分离方法，使产生辐射的设备和易接收辐射的设备的工作频率不设备和易接收辐射的设备的工作频率不同。同。采用屏蔽措施，用屏蔽材料将被干采用屏蔽措施，用屏蔽材料将被干扰对象封闭起来，使其内部电磁场强度扰对象封闭
23、起来，使其内部电磁场强度低于允许值。屏蔽的效果用屏蔽系数来低于允许值。屏蔽的效果用屏蔽系数来衡量。衡量。减小天线的有效高度。减小天线的有效高度。减小环线面积。减小环线面积。27 1013 印刷电路板中的电磁兼容问题及防治措施印刷电路板中的电磁兼容问题及防治措施 电子产品越来越趋向高速、宽带、高灵敏度、高密电子产品越来越趋向高速、宽带、高灵敏度、高密度和小型化，这种趋势导致了度和小型化，这种趋势导致了EMC问题更加严重。高问题更加严重。高速数字电路速数字电路PCB是一个典型的代表，是一个典型的代表，PCB的电磁兼容问的电磁兼容问题是目前高速题是目前高速PCB设计中急待解决的技术难题。设计中急待解
24、决的技术难题。电磁兼容的防治是一项系统工程电磁兼容的防治是一项系统工程,应该在设备和系统应该在设备和系统设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都予以充分的设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都予以充分的考虑和实施。考虑和实施。28 电磁兼容对设备的要求有两个方面：一是设备电磁兼容对设备的要求有两个方面：一是设备工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响；工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响；另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一方面的要求称为干扰发射一方面的要求称为干扰发射(EMI)要求，后一要求，后一个方面的要求称为敏感度个方面的要求称为敏感度(EMS
25、)或抗扰度要求。或抗扰度要求。对设备的电磁兼容要求。可以进一步分为传导对设备的电磁兼容要求。可以进一步分为传导发射、辐射发射、传导敏感度发射、辐射发射、传导敏感度(抗扰度抗扰度)、辐射、辐射敏感度敏感度(抗扰度抗扰度)。29 1电磁兼容问题电磁兼容问题（1）印刷电路板中带状线、电线、电缆间的串音和电）印刷电路板中带状线、电线、电缆间的串音和电磁耦合磁耦合 印刷电路板中带状线、电线、电缆间的串音是印印刷电路板中带状线、电线、电缆间的串音是印刷电路板中存在的最难克服的问题之一。这里所说的刷电路板中存在的最难克服的问题之一。这里所说的串音是较广意义上的串音，不管其源信号是有用信号串音是较广意义上的串
26、音，不管其源信号是有用信号还是噪声，串音用导线的互容和互感来表示。还是噪声，串音用导线的互容和互感来表示。当在当在EMC预测和解决预测和解决EMI问题时，首先应确定发问题时，首先应确定发射源的耦合途径是传输的、辐射的、还是串音的。射源的耦合途径是传输的、辐射的、还是串音的。30 一般来说，在高频时电容耦合是主一般来说，在高频时电容耦合是主要的，但如果源阻抗或接收器之一要的，但如果源阻抗或接收器之一或两者都采用屏蔽电缆并在屏蔽层或两者都采用屏蔽电缆并在屏蔽层两端接地，则磁场耦合将是主要的。两端接地，则磁场耦合将是主要的。另外，低频一般有较低的电路阻抗，另外，低频一般有较低的电路阻抗，电感耦合是主
27、要的。电感耦合是主要的。通过串音预测，可以保证通过串音预测，可以保证PCB上数字和上数字和模拟信号适当的间距。模拟信号适当的间距。31（2）数字电路）数字电路PCB使电子产品的电磁辐使电子产品的电磁辐射加重射加重 计算机等电子设备的电路一般都是用数计算机等电子设备的电路一般都是用数字电路字电路PCB实现的，在很多情况下，数实现的，在很多情况下，数字电路字电路PCB产生的辐射问题要比模拟电产生的辐射问题要比模拟电路路PCB更严重。更严重。由于数字电路的驱动电流较大，致使辐由于数字电路的驱动电流较大，致使辐射的强度也较大；而高速时钟脉冲和数射的强度也较大；而高速时钟脉冲和数字信号又使得辐射频带加宽
28、。字信号又使得辐射频带加宽。32 PCB电磁辐射分两种基本类型：差模辐电磁辐射分两种基本类型：差模辐射与共模辐射。差模辐射的特点取决于射与共模辐射。差模辐射的特点取决于闭合环路中电流特性；共模辐射由对地闭合环路中电流特性；共模辐射由对地的干扰的干扰(噪声噪声)电压引起。电压引起。电磁辐射主要表现在：对周围的电子系电磁辐射主要表现在：对周围的电子系统构成窄带与宽带干扰；另一方面造成统构成窄带与宽带干扰；另一方面造成潜在的信息泄漏问题。潜在的信息泄漏问题。33 影响影响PCB电磁辐射的因素主要是电磁辐射的因素主要是PCB的结构和激励的结构和激励因素：因素：PCB的结构不同，其辐射效果也不同，传输带
29、的的结构不同，其辐射效果也不同，传输带的长度、回路面积、地线走向、整体布局等都会影响到辐长度、回路面积、地线走向、整体布局等都会影响到辐射效果。射效果。显然，显然，PCB的布局设计将直接关系到整机电磁辐射的布局设计将直接关系到整机电磁辐射的强弱。在确定的激励状态下，整机系统辐射水平的抑的强弱。在确定的激励状态下，整机系统辐射水平的抑制和降低，必须从制和降低，必须从PCB的辐射分析及布局的优化设计着的辐射分析及布局的优化设计着手。手。34 布线结构的合理设计对降低布线结构的合理设计对降低PCB辐射也具有关辐射也具有关键的作用。键的作用。消除辐射干扰最有效的方法是采取屏蔽，屏蔽消除辐射干扰最有效的
30、方法是采取屏蔽，屏蔽噪声源或屏蔽敏感电路。除屏蔽方法外，还可以通噪声源或屏蔽敏感电路。除屏蔽方法外，还可以通过改变电路设计来提高系统的抗干扰能力。过改变电路设计来提高系统的抗干扰能力。2电磁兼容的防治措施电磁兼容的防治措施 解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始，解决电磁兼容问题应从产品的开发阶段开始，并贯穿于整个产品或系统的开发、生产过程。并贯穿于整个产品或系统的开发、生产过程。国内外大量的经验表明，在产品或系统的研制过国内外大量的经验表明，在产品或系统的研制过程中越早注意电磁兼容问题，越可以节约人力与物程中越早注意电磁兼容问题，越可以节约人力与物力。力。35 在控制方法上，除了采用众所周知
31、的抑在控制方法上，除了采用众所周知的抑制干扰传播的技术，如屏蔽、接地、搭制干扰传播的技术，如屏蔽、接地、搭接、合理布线等方法以外还可以采取回接、合理布线等方法以外还可以采取回避和疏导的技术处理，如空间方位分离、避和疏导的技术处理，如空间方位分离、频率划分与回避、滤波、吸收和旁路等频率划分与回避、滤波、吸收和旁路等等，有时这些回避和疏导技术简单而巧等，有时这些回避和疏导技术简单而巧妙，可以代替成本费用昂贵而质量体积妙，可以代替成本费用昂贵而质量体积较大的硬件措施，收到事半功倍的效果。较大的硬件措施，收到事半功倍的效果。36 电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰源的电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰
32、源的研究，从干扰源处控制其电磁发射。控制干扰源研究，从干扰源处控制其电磁发射。控制干扰源的发射，需要广泛地应用屏蔽的发射，需要广泛地应用屏蔽(包括隔离包括隔离)、滤波、滤波和接地技术。和接地技术。（1）屏蔽）屏蔽 屏蔽主要是运用各种导电材料，制成壳体与屏蔽主要是运用各种导电材料，制成壳体与大地连接，以切断静电耦合、感应耦合或交变电大地连接，以切断静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合的电磁噪声传播途径。磁场耦合的电磁噪声传播途径。37 电磁屏蔽是电磁兼容防治的重要手段。电电磁屏蔽是电磁兼容防治的重要手段。电磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干磁屏蔽是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一区
33、域感应和辐射传播扰由一个区域向另一区域感应和辐射传播的方法。的方法。屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，屏蔽一般分为两种类型：一类是静电屏蔽，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响，主要用于防止静电场和恒定磁场的影响，另一类是电磁屏蔽，主要防止交变电场、另一类是电磁屏蔽，主要防止交变电场、交变磁场以及防止交变电磁场的影响。交变磁场以及防止交变电磁场的影响。静电屏蔽应具备两个基本要点，即完善的静电屏蔽应具备两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。屏蔽体和良好的接地。38 （2）隔离）隔离 隔离主要是运用继电器、隔离变压器或光电隔离器隔离主要是运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声
34、传导形式的传播途径。其特点是等器件来切断电磁噪声传导形式的传播途径。其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。耦合的可能。在一个电子系统中，通道之间的信号辐射会产生电在一个电子系统中，通道之间的信号辐射会产生电磁干扰。如果是两个图像通道的信号干扰，会产生图像磁干扰。如果是两个图像通道的信号干扰，会产生图像叠加、背景虚像等现象。如果是两个音频通道的信号干叠加、背景虚像等现象。如果是两个音频通道的信号干扰，则会出现串音现象。扰，则会出现串音现象。在印刷电路板上，信号线长距离高密度平行，就有在印刷电路板上，信号线长距离高密度平
35、行，就有可能出现传输通道干扰。改善传输通道干扰的方法是在可能出现传输通道干扰。改善传输通道干扰的方法是在设计设计PCB板时，高频信号之间的布线尽量少平行，有条板时，高频信号之间的布线尽量少平行，有条件的要插入地线。件的要插入地线。39（3）滤波）滤波 滤波是在频域上处理电磁噪声的技术，滤波是在频域上处理电磁噪声的技术，为电磁噪声提供一个低阻抗通路，以抑为电磁噪声提供一个低阻抗通路，以抑制电磁干扰。例如，电源滤波器对制电磁干扰。例如，电源滤波器对50Hz的电源频率呈现高阻抗，而对电磁噪声的电源频率呈现高阻抗，而对电磁噪声频谱呈现低阻抗。频谱呈现低阻抗。频率管理是滤波的重要手段，是指运用频率管理是
36、滤波的重要手段，是指运用干扰抑制滤波技术来选择信号和抑制干干扰抑制滤波技术来选择信号和抑制干扰。为了实现这两在功能而设计的网络扰。为了实现这两在功能而设计的网络都称都称为滤波器。都称都称为滤波器。40 线路板上的导线，是最有效的接收和辐线路板上的导线，是最有效的接收和辐射天线。由于导线的存在，往往会在线射天线。由于导线的存在，往往会在线路板上产生过强的电磁辐射。同时，这路板上产生过强的电磁辐射。同时，这些导线又能接受外部的电磁干扰，使电些导线又能接受外部的电磁干扰，使电路对干扰很敏感。在导线上使用信号滤路对干扰很敏感。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波器是解决高频电磁干扰辐
37、射和接收很有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰有效的方法。脉冲信号的高频成分很丰富，这些高频成分可以借助导线辐射，富，这些高频成分可以借助导线辐射，使线路板的辐射超标。信号滤波器的使使线路板的辐射超标。信号滤波器的使用可使脉冲信号的高频成分大大减少用可使脉冲信号的高频成分大大减少。41 电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的电源线是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传主要途径。通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。入设备，干扰设备的正常工作。（4）接地）接地 接地包括接地体的设计、地线的布置、接接地包括接地体的设计、地线的布置、接地线在各种不同频
38、率下的阻抗等内容，不仅涉地线在各种不同频率下的阻抗等内容，不仅涉及产品或系统的电气安全，而且关联着电磁兼及产品或系统的电气安全，而且关联着电磁兼容和其测量技术。容和其测量技术。42 102 印刷电路板中的电磁兼容设计方法印刷电路板中的电磁兼容设计方法 印刷电路板印刷电路板(PCB)是电子产品中电路元件和是电子产品中电路元件和器件的支撑件，器件的支撑件，PCB中的电磁兼容性直接决定着中的电磁兼容性直接决定着产品开发是否成功，决定着产品抗干扰能力的高产品开发是否成功，决定着产品抗干扰能力的高低。要使电子电路获得最佳性能，在进行低。要使电子电路获得最佳性能，在进行PCB设设计时需要深入分析计时需要深
39、入分析PCB设计的一般原则及研究电设计的一般原则及研究电磁兼容性设计的一般方法。磁兼容性设计的一般方法。43 常规的常规的EMI控制技术一般包括：元器件控制技术一般包括：元器件的合理布局、连线的合理控制、电源线、的合理布局、连线的合理控制、电源线、接地、滤波电容的合理配置等。接地、滤波电容的合理配置等。PCB的的基材及基材及PCB层的选择、电子元件及电子层的选择、电子元件及电子元件的电磁特性、元件间互连线的长宽元件的电磁特性、元件间互连线的长宽等都制约着等都制约着PCB的电磁兼容性。的电磁兼容性。无论设备产生电磁干扰发射还是受到外无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响，或者电路之间产生
40、相互界干扰的影响，或者电路之间产生相互干扰，电路板都是问题的核心干扰，电路板都是问题的核心。44 1021 PCB材料的选择与电磁兼容性材料的选择与电磁兼容性 根据产品的实际需要及成本综合考虑根据产品的实际需要及成本综合考虑PCB层数的选择，一般来说，多层板能够层数的选择，一般来说，多层板能够较好地控制较好地控制EMI，但太多的层也增大了电，但太多的层也增大了电磁管理的难度。多层磁管理的难度。多层PCB的电磁兼容设计的电磁兼容设计要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板。这种方法有利于对绝缘材能绝缘电路板。这种方法有利于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁
41、场进行有效管理。料与邻近布线之间的电磁场进行有效管理。45 1022 集成电路芯片的电磁兼容问题集成电路芯片的电磁兼容问题 实际工作中，设计工程师通常认为自己能够接实际工作中，设计工程师通常认为自己能够接触到的触到的EMC问题就是问题就是PCB板级设计。然而在板级设计。然而在考虑考虑EMI控制时，首先应该考虑对集成电路芯控制时，首先应该考虑对集成电路芯片的选择。片的选择。如果能够深入了解集成电路芯片的内部特征，如果能够深入了解集成电路芯片的内部特征，可以简化可以简化PCB和系统级设计中的和系统级设计中的EMI控制。控制。461集成电路芯片的集成电路芯片的EMI来源来源 PCB中集成电路中集成电
42、路EMI的来源主要有：数字集成电的来源主要有：数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中，输出端产生的方波信号频率导致的之间转换过程中，输出端产生的方波信号频率导致的EMI；信号电压和信号电流电场和磁场；信号电压和信号电流电场和磁场；IC芯片自身芯片自身的电容和电感等。的电容和电感等。2IC封装特征在电磁干扰控制中的作用封装特征在电磁干扰控制中的作用 IC封装通常包括硅基芯片、一个小型的内部封装通常包括硅基芯片、一个小型的内部PCB以及焊盘。硅基芯片安装在小型的以及焊盘。硅基芯片安装在小型的PCB上，通过绑定上，通过绑定
43、线实现硅基芯片与焊盘之间的连接，在某些封装中也线实现硅基芯片与焊盘之间的连接，在某些封装中也可以实现直接连接。可以实现直接连接。47 1023 滤波设计滤波设计 对于任何设备而言，滤波都是解决电对于任何设备而言，滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中的磁干扰的关键技术之一。因为设备中的导线是效率很高的接收和辐射天线，设导线是效率很高的接收和辐射天线，设备产生的大部分辐射发射都是通过各种备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的。导线实现的。滤波器可以抑制交流电源线上输入的干滤波器可以抑制交流电源线上输入的干扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。扰信号及信号传输线上感应的各种干扰。滤波器
44、可分为交流电源滤波器、信号传滤波器可分为交流电源滤波器、信号传输线滤波器和去耦滤波器。输线滤波器和去耦滤波器。48 交流滤波器的安装及布线直接影响滤波器的性能，在交流滤波器的安装及布线直接影响滤波器的性能，在其安装布线中应注意以下几点：其安装布线中应注意以下几点：(1)滤波器应安装在机柜底部离设备电源入口尽可能近滤波器应安装在机柜底部离设备电源入口尽可能近的部位，并加以绝缘，不要让未经过滤波器的电源线在机的部位，并加以绝缘，不要让未经过滤波器的电源线在机柜内迂回。柜内迂回。(2)电源滤波器的外壳必须用截面积大的导线以最短的电源滤波器的外壳必须用截面积大的导线以最短的距离与机壳连为一体，并尽量使
45、电源滤波器的接地点与机距离与机壳连为一体，并尽量使电源滤波器的接地点与机壳接地点保持最短的距离。壳接地点保持最短的距离。(3)机壳内的其他电器或电磁开关等应从滤波器的前端机壳内的其他电器或电磁开关等应从滤波器的前端引线接到负载，或为这些干扰源单独加装滤波器。引线接到负载，或为这些干扰源单独加装滤波器。49 1024 电磁兼容设计中的布局与布线电磁兼容设计中的布局与布线 PCB设计中的布局，是指设计中的布局，是指PCB上电子元上电子元件及配件的排列方式。对件及配件的排列方式。对PCB上元器件上元器件合理规划安放是布线的基础，原件布局合理规划安放是布线的基础，原件布局不仅会影响不仅会影响PCB板上
46、连接线的布通率，板上连接线的布通率，而且影响到而且影响到PCB的电磁兼容性及整个产的电磁兼容性及整个产品的质量。良好的电磁兼容设计依赖品的质量。良好的电磁兼容设计依赖PCB设计工程师对于产品设计原理、布设计工程师对于产品设计原理、布线规则、电磁兼容控制技术的深刻理解。线规则、电磁兼容控制技术的深刻理解。50 在在PCB设计中，布局是一个复杂的工作，设计中，布局是一个复杂的工作，元器件布局的自动化程度仍然较低，人元器件布局的自动化程度仍然较低，人工干预的程度较高。工干预的程度较高。PCB中元器件的布局应从两个层面上考中元器件的布局应从两个层面上考虑，一个是平面的，即通常在虑，一个是平面的，即通常
47、在PCB设计设计中提到的中提到的PCB布局；另外一个是立体的布局；另外一个是立体的元器件布局，既要考虑到元件的大小、元器件布局，既要考虑到元件的大小、所占空间，又要考虑到元器件的密度。所占空间，又要考虑到元器件的密度。51 电路板系统的布线包括：芯片到电路板、电路板系统的布线包括：芯片到电路板、PCB板内互连以及板内互连以及PCB与外部器件之间与外部器件之间的三类互连。的三类互连。在在PCB设计中，互连点处的电磁特性是设计中，互连点处的电磁特性是工程设计面临的主要问题之一，涉及器工程设计面临的主要问题之一，涉及器件安装方法、布线的隔离以及减少引线件安装方法、布线的隔离以及减少引线电感的措施等。
48、电感的措施等。52 1高频数字电路高频数字电路PCB的电磁兼容设计中的的电磁兼容设计中的布局与布线布局与布线 高频数字电路高频数字电路PCB布线规则如下。布线规则如下。高频数字信号线要用短线。高频数字信号线要用短线。主要信号线最好集中在主要信号线最好集中在PCB板中心。板中心。时钟发生电路应在板中心附近，时钟扇出时钟发生电路应在板中心附近，时钟扇出应采用菊链式或并联布线。应采用菊链式或并联布线。电源线尽可能远离高频数字信号线或用地电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开，电路的布局必须减小电流回路，电源线隔开，电路的布局必须减小电流回路，电源的分布必须是低感应的的分布必须是低感应的(多路设计
49、多路设计)。53 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。最好加线间地线，以免发生反馈耦合。PCB导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的黏附强度和流过它们的电流值决定。当铜的黏附强度和流过它们的电流值决定。当铜 箔厚度为箔厚度为005 mm、宽度为、宽度为115 mm时，时，通过通过2 A的电流，温度不会高于的电流，温度不会高于3。因此，导。因此，导线宽度为线宽度为15mm可满足要求。对于集成电路，可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选尤其是数字电路，通常选00203mm导线导线
50、宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，宽度。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小至许，可使间距小至58mm。54 印刷线路板的布线要注意以下问题：印刷线路板的布线要注意以下问题：专用零伏线，电源线的走线宽度大于等于专用零伏线，电源线的走线宽度大于等于l mm；电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源线和地线尽可能靠近，整块印刷板上的电源与地要
