電磁干擾與電磁兼容課程論文3

電磁干擾與電磁兼容課程論文論文題目：PCB電磁兼容性技術(shù)專業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：年月目錄TOC\o"1-3"\h\u9254一：電磁兼容性技術(shù)概述 一：電磁兼容性技術(shù)概述電磁兼容性是指電氣和電子系統(tǒng)、設(shè)備和裝置,在設(shè)定的電磁環(huán)境及規(guī)定的安全界限內(nèi)以設(shè)計(jì)的等級(jí)或性能運(yùn)行,而不會(huì)由于電磁干擾引起損壞或不可接受的性能惡化的能力,同時(shí)也不對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響工作的干擾。電磁兼容性設(shè)計(jì)實(shí)際上就是針對(duì)電子產(chǎn)品中產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使之成為符合各國(guó)或地區(qū)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。PCB的電磁兼容性設(shè)計(jì)也是解決電磁兼容性問(wèn)題的一個(gè)重要措施。他可以使PCB板上的各部分電路相互間無(wú)干擾,都能正常工作;可以使PCB對(duì)外的傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射盡可能降低,達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn);可以使外部傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)印制板上的電路基本無(wú)影響。二：PCB設(shè)計(jì)中的電磁兼容問(wèn)題2.1PCB形成干擾的基本要素:(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt,di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過(guò)導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。(3)敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC，弱信號(hào)放大器等。因此，抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。2.2PCB中存在的電磁干擾分類：傳導(dǎo)干擾、串音干擾以及輻射干擾。產(chǎn)生干擾的根源是電路中電壓或電流的變化。(1)傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾主要通過(guò)導(dǎo)線耦合及共模阻抗耦合來(lái)影響其它電路。例如噪音通過(guò)電源電路進(jìn)入某一系統(tǒng)，所有使用該電源的電路會(huì)受到它的影響。噪音通過(guò)共模阻抗耦合的，電路與電路共同使用一根導(dǎo)線獲取電源電壓和接地回路，如果其中一個(gè)電路的電壓突然需要升高，那么另一電路必將因?yàn)楣灿秒娫匆约皟苫芈分g的阻抗而降低。(2)串音干擾串音干擾是一個(gè)信號(hào)線路干擾另外一鄰近的信號(hào)路徑。它通常發(fā)生在鄰近的電路和導(dǎo)體上，用電路和導(dǎo)體的互容和互感來(lái)表征。由于串音可以由電場(chǎng)通過(guò)互容，磁場(chǎng)通過(guò)互感引起，所以考慮PCB,帶狀線上的串音問(wèn)題時(shí)，最主要的問(wèn)題是確定電場(chǎng)（互容）、磁場(chǎng)（互感）耦合哪個(gè)是主要的。(3)輻射干擾輻射干擾是由于空間電磁波的輻射而引入的干擾。PCB中的輻射干擾主要是電纜和內(nèi)部走線間的共模電流輻射干擾。當(dāng)電磁波照射到傳輸線上時(shí)，將出現(xiàn)場(chǎng)到線的耦合問(wèn)題，沿線引起的分布小電壓源可分解為共模（CM)和差模（DM）分量。共模電流指兩導(dǎo)線上振幅相差很小而相位相同的電流，差模電流則是兩導(dǎo)線上振幅相等而相位相反的電流。三：印制電路板電磁兼容設(shè)計(jì)原則3.1印制電路板的層數(shù)、尺寸選擇原則單面板和雙面板一般適用于低、中密度的電路，多層板適用于高密度布線、高速電路、數(shù)?；旌碗娐贰Ｓ≈齐娐钒宓某叽邕x擇應(yīng)根據(jù)原理圖和所使用器件尺寸、相互間影響決定。最好選擇適中的尺寸。尺寸太長(zhǎng)，導(dǎo)電線路就長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降。而尺寸太小，器件密集，不利于散熱，而且連線密集，容易產(chǎn)生干擾。3.2器件布局原則根據(jù)電路原理的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行放置。對(duì)元器件分區(qū)?？梢园床煌碾娫措妷悍謪^(qū)，或按數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)，或按高速和低速電路分區(qū)。讓同種電源、同速度、同頻率的器件放置在一起，減小了不同組器件混放產(chǎn)生的相互間干擾。在印制板上，不同組的器件區(qū)間有一定的分割。如高壓與低壓區(qū)間以變壓器為分割，保持3mm~5mm的爬電距離。模擬電路與數(shù)字電路往往分別采用兩種電源與地面，應(yīng)分別與電源連接器的地線相連，在分割線上采用磁珠或電感跨接。（2）相應(yīng)地，元件的位置分區(qū)決定了連接器的分布，引出管腳安排要與元件分割一致，盡量減少不同信號(hào)環(huán)路、電源環(huán)路的重疊和干擾。（3）所有的連接器最好放在電路板的一側(cè)，避免從兩側(cè)引出。因?yàn)榇嬖诠材］椛涞那闆r下，電纜相當(dāng)于一個(gè)很好的共模發(fā)射天線，電纜在兩側(cè)比在同一側(cè)輻射要大得多。3.3地線與電源線的設(shè)計(jì)原則地線設(shè)計(jì)是印制電路板中不可忽視的問(wèn)題，往往也是難度最大的一項(xiàng)設(shè)計(jì)?！暗鼐€”可以定義為信號(hào)流回源的低阻抗路徑，在理論上應(yīng)是零電阻的實(shí)體，各接地點(diǎn)之間沒(méi)有電位差。實(shí)際上，地線有阻抗、有干擾，電流通過(guò)時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生電壓降，地環(huán)路干擾電壓在信號(hào)上產(chǎn)生干擾電流，疊加在有用信號(hào)上。（1）地線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮分成不同的系統(tǒng)地、機(jī)殼地、數(shù)字地、模擬地等。分地目的在于防止共地線阻抗耦合干擾。但并不是完全地隔離，沒(méi)有任何電氣連接。各地線在適當(dāng)?shù)奈恢茫€是要有單點(diǎn)的電氣連接，保持地面的連續(xù)性。（2）靠近接口部分的印制板地面要分割出來(lái)，作為專用的EMC地，也稱機(jī)殼地。EMC地上必須沒(méi)有數(shù)字信號(hào)回流，與機(jī)殼良好搭接，搭接阻抗盡可能地小?？刹扇《帱c(diǎn)搭接方式，保證EMC地與機(jī)殼相同電位。實(shí)際應(yīng)用上，一般將I/O插座固定焊盤(pán)、板固定孔與EMC地信號(hào)走線連接，安裝時(shí)通過(guò)固定螺釘將機(jī)殼與PCB板良好連接。EMC地與數(shù)字地保持單點(diǎn)連接。連接器處的每條I/O線都要分別并聯(lián)去耦電容到EMC地，如表面安裝式電容，使去耦電路的電感越小越好。外部干擾如果通過(guò)接口侵入，則在EMC地區(qū)域就被去耦電容旁路到了機(jī)殼上，從而保護(hù)了內(nèi)部電路正常安全工作。（3）雙面板的數(shù)字地通常采用梳狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。（4）電源線與地線要結(jié)合一起考慮。為減少供電用導(dǎo)線對(duì)的特性阻抗，電源線與地線應(yīng)盡可能粗，并且相互靠近，使供電環(huán)路面積減小到最低程度。電源線與地線在板兩側(cè)重疊走線，形成一對(duì)導(dǎo)線對(duì)，效果比電源線與地線在同側(cè)平行走線好。同一芯片的電源與地管腳，應(yīng)連接到同一導(dǎo)線對(duì)。（5）高頻去耦電容與大容量鉭電容的使用。數(shù)字電路中，當(dāng)邏輯門(mén)狀態(tài)變化時(shí)，會(huì)在電源上產(chǎn)生一個(gè)很大地尖峰電流，形成瞬間的噪聲電壓。這種情況普遍采用去耦電容，它為芯片提供了所需的電流，并且將電流變化局限在較小的范圍內(nèi)，減小了輻射。同樣，為提高抗干擾能力，在主芯片組、高速芯片、時(shí)鐘芯片、晶陣、功耗元件下我們總是盡可能地在器件下方兩面都鋪上地，并布滿通孔。（7）懸空的金屬應(yīng)該接地。懸空的金屬，特別是大面積的金屬分布電容大，容易產(chǎn)生電場(chǎng)耦合。金屬構(gòu)件間如果有電位差，就可能產(chǎn)生共模輻射，所以必須把它們良好接地。如散熱片、屏蔽罩、金屬支架、印制板上孤立的銅箔等都應(yīng)該就近接地。（8）選擇合理的導(dǎo)線寬度由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導(dǎo)線的電感成分造成的,因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)線的電感量與其長(zhǎng)度成正比,與其寬度成反比,因此短而精的導(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常常載有大的瞬變電流,印制導(dǎo)線要盡可能地短。對(duì)于分立元件電路,印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時(shí),即可完全滿足要求；對(duì)于集成電路,印制導(dǎo)線寬度可在0.2-1.0mm之間選擇。四：信號(hào)線設(shè)計(jì)原則（1）a.在設(shè)計(jì)布線時(shí)，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)距離的平行走線：b.盡可能拉開(kāi)線間的距離，減少導(dǎo)線之間的串?dāng)_。c.信號(hào)線與電源及地線盡量不交叉。d.印制板的線條寬度要均勻、分布密度盡量均勻。e.導(dǎo)線的拐角不允許為直角。（2）對(duì)不同頻率、不同電流大小、不同模塊的信號(hào)線應(yīng)注意隔離。在最初的布局上，元件就要考慮分組放置。信號(hào)線走線也應(yīng)分隔開(kāi)，不要平行。分布在不同層上的信號(hào)線走向應(yīng)相互垂直，以減少線間電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合干擾。（3）通常高速信號(hào)線特別是時(shí)鐘信號(hào)的引線最易產(chǎn)生電磁輻射干擾。設(shè)計(jì)時(shí)走線應(yīng)盡量靠近地線回路，必要時(shí)可在兩側(cè)各加一根地線，并與地平面良好連接。不要與其他信號(hào)線平行走線，走線盡可能的短。盡量少打過(guò)孔，減少導(dǎo)線的不連續(xù)性。（4）信號(hào)線的布置要根據(jù)信號(hào)的流向順序安排。對(duì)于數(shù)?；旌想娐?，不僅在布局上要分成獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分，而且走線也要注意分隔。（5）盡量減少信號(hào)環(huán)路的面積。對(duì)多層板，由于專門(mén)有兩層作為電源和地，能夠?yàn)樗械匦盘?hào)線提供最小地環(huán)路面積，所以多層板的抗干擾效果最好。時(shí)鐘和關(guān)鍵信號(hào)最好放置在鄰近地層，完整的地平面能提供最短的回流路徑。時(shí)鐘等高頻信號(hào)避免跨越地分割。信號(hào)線跨越地分割，使得信號(hào)電流無(wú)法以最小環(huán)路面積回到源頭，以差模的形式對(duì)外輻射電磁能量，且由于信號(hào)電流的回流阻抗變得很大，在電路板地平面上的噪聲電流變大，對(duì)地形成很大電壓差，從而導(dǎo)致對(duì)外共模輻射也很強(qiáng)。五：PCB電磁兼容性設(shè)計(jì)中的相關(guān)注意事項(xiàng)(1)用地線將時(shí)鐘區(qū)圈起來(lái)，時(shí)鐘線盡量短。(2)盡量為繼電器等提供某種形式的阻尼。(3)使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率時(shí)鐘。(4)時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量靠近到用該時(shí)鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地。(5)I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近印刷板邊，讓其盡快離開(kāi)印刷板。對(duì)進(jìn)入印制板的信號(hào)要加濾波，從高噪聲區(qū)來(lái)的信號(hào)也要加濾波，同時(shí)用串終端電阻的辦法，減小信號(hào)反射。(6)閑置不用的門(mén)電路輸入端不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端。(7)印制板盡量使用45折線而不用90折線布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。(8)時(shí)鐘、總線、片選信號(hào)要遠(yuǎn)離I/O線和接插件。(9)模擬電壓輸入線、參考電壓端要盡量遠(yuǎn)離數(shù)字電路信號(hào)線，特別是時(shí)鐘。對(duì)A/D類器件，數(shù)字部分與模擬部分寧可統(tǒng)一下也不要交叉。(10)石英晶體下面以及對(duì)噪聲敏感的器件下面不要走線。六：結(jié)束語(yǔ)電磁干擾已成為線路設(shè)計(jì)所面臨的主要問(wèn)題之一，PCB設(shè)計(jì)中的抗干擾是一項(xiàng)實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)工作。元件間的合理布局、增大布線間距、短線連接、減少布線過(guò)程中的過(guò)孔設(shè)置、降低連線的特性阻抗、避免多頻率交調(diào)影響等式減少電磁干擾的有效方法。良好的PCB設(shè)計(jì)可以大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而提高系統(tǒng)可靠性。抗干擾技術(shù)的PCB板設(shè)計(jì)所涉及的原則不僅限于以上所提，實(shí)際中必須從電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)等多角度綜合考慮，使電子設(shè)備達(dá)到設(shè)計(jì)性能的最優(yōu)化。參考文獻(xiàn)：［1］王文杰,吳進(jìn).PCB的電磁兼容性設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,3.［2］李本忍,寧玉杰.工業(yè)控制系統(tǒng)抗電磁干擾技術(shù)研究[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1994,2.［3］肖麟芬.印制電路板的抗干擾設(shè)計(jì)[J].電子工程師.20