EMC設計規範

2022-09-21 05:33:03 字數 4300 閱讀 4613

一、 元器件布局

印刷電路板進行emc設計時,首先要考慮布局,pcb工程師必須和結構工程師、emc工程師一起協調進行,做到兩者兼顧,才能達到事半倍。

首先要考慮印刷電路板的結構尺寸大小,考慮如何對器件進行布置。如果器件分布很散,器件之間的傳輸線可能會很長,印製線路長,阻抗增加,抗雜訊能力下降,成本也會增加。如果器件分布過於集中,則散熱不好,且鄰近線條易受耦合、串擾。

因此根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行總體布局。同時考慮到電磁相容性、熱分布、敏感器件和非敏感器件、i/o介面、復位電路、時鐘系統等因素。

一般來說,整體布局時應遵守以下基本原則:

1、當線路板上同時存在高、中、低速電路時,應該按邏輯速度分割:布置快速、中速和低速邏輯電路時,高速的器件(快邏輯、時鐘振盪器等) 應安放在靠近聯結器範圍內,減少天線效應、低速邏輯和儲存器,應安放在遠離聯結器範圍內。這樣對共阻抗耦合、輻射和交擾的減小都是有利的。

2、在單面板或雙面板中,如果電源線走線很長,應每隔3000mil對地加去耦合電容,電容取值為10uf+1000pf,濾除電源線上高頻雜訊。

3、在單面板和雙面板中,濾波電容的走線應先經濾波電容濾波,再到器件管腳,使電源電壓先經過濾波再給ic供電,並且ic回饋給電源的雜訊也會被電容先濾掉。至於去耦電容安放位置要根據實際情況來定,並不是絕對放在電源正極處,也可能放在電源負極處,原則上保證接地阻抗最小。

4、時鐘線、匯流排、射頻線等強輻射訊號線遠離介面外出訊號線至少1000mil,避免強輻射訊號線上的干擾耦合到外出訊號線上向外輻射,晶體、晶振、繼電器、開關電源等均為強輻射器件布局時應著重考慮。

5、濾波器(濾波電路)的輸入、輸出訊號線不能相互平行、交叉走線,避免濾波前後的走線直接雜訊耦合。

6、對於始端串聯匹配電阻,應靠近其訊號輸出端放置,即驅動源放置。

7、為ic濾波的各濾波電容應盡可能靠近晶元的供電管腳放置,減少高頻迴路面積,從而減少輻射。

8、在pcb板上,介面電路的濾波、防護以及隔離器件應該靠近介面放置,並且遵循先防護後濾波的原則。

9、線路板電源輸入口的濾波電路應靠近介面放置。

10、當介面電路採用隔離方式進行濾波設計時,其rc、lc電路應採用如下布局,且隔離區其他層不允許有其他走線。

11、靠近pcb板邊緣4mm以內不允許放置元器件。

12、按照電路訊號的流向安排各個功能電路單元的位置,使布局便於訊號流通,並使訊號盡可能保持一致的方向,訊號走線最短、不產生回流。

13、以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在pcb上,儘量減少和縮短各元器件之間的引線和連線。

14、高頻工作的電路,要考慮元器件之間的分布引數。一般電路應盡可能使元器件同一方向排列。

15、盡可能縮短高頻元器件之間的引數,減少它們的分布引數和相互間的電磁干擾。易受干擾的器件不要相互挨得太近,輸入和輸出元件應盡可能遠離。

16、元器件的位置應按電源電壓、數字及模擬電路、速度快慢、電流大小等進行分組,以免相互干擾。根據元器件的位置可以確定印製板聯結器各個引腳的安排。所有聯結器應安排在印製板的一側,盡量避免從兩側引出電纜,減少共模輻射。

17、高頻濾波電容必須放在每個ic電源的引腳附近,減少對地迴路,且要求每個電源引腳放乙個高頻小電容。

18、存在較大電流變化的單元電路或器件(如電源模組的i/o,風扇及繼電器)附近應放置儲能電容和高頻濾波電容。

在印製板佈線時,應先確定元器件在板上的位置,然後布置地線、電源線,再安排高速訊號線,最後考慮低速訊號線。應先布地線,這條規則很重要,地線最好布成網狀布置。

(1)電源線:在考慮安全條件下,電源線應盡可能靠近地線,以減小差模輻射的環面積,也有助於減小電路的交擾。

(2)時鐘線、訊號線和地線的位置:訊號線與地線距離應較近,形成的環面積較小,時鐘線兩邊應盡可能進行包地線處理,防止時鐘訊號對其他訊號的串擾,且包地線要可能多的打地過孔與地平面相連,減少接地阻抗,防止地線成為乙個發射天線。

◇時鐘線包地處理

(3)時鐘線和訊號線盡量不要換層走線,如確因實際情況需換層時,在走線過孔處,需打地過孔。

◇時鐘線過孔處、訊號線過孔處打地過孔

(3)時鐘線、匯流排、射頻線等關鍵訊號走線和其他同層平行走線應滿足3w原則。

(4)應避免印製電路板導線的不連續性:◇跡線寬度不要突變 ◇導線不要突然拐角,訊號走線避免「毛剌」、「銳角」、「直角」、「寬度不一致」等情況。

◇導線不要突然拐角

◇跡線寬度不要突變

(5)輸入輸出線應盡可能避免相鄰長距離的平等,減少輸入輸出間的串擾(差分線除外)。

(6)電路板上的濾波器(濾波電路)下方不要有其他無關訊號走線。

(7)晶振走線盡可能靠近ic,且在時鐘線兩邊進行包地處理,時鐘接地腳與cpu接地腳應同層直接靠近連線,減少晶振接地迴路。時鐘線的線寬至少10mil,護送地線的線寬至少20 mil。時鐘晶振下最好露出地銅皮,增加電容耦合。

(8)關鍵訊號線(如時鐘線、匯流排、介面訊號線、很射頻線、復位線、片選線)一般都是強輻射源或敏感訊號線,盡可能靠近地平面佈線,使其訊號迴路面積減少,減少其輻射強度或提高抗干擾能力。

(9)高頻訊號線要遠離時鐘或晶振走線,如時鐘線和高速訊號線盡量不要平行走線,確因實際情況需平行走線,應用地線隔開。

(10)關鍵訊號線距參考地平面邊沿≥3h(h為線距離參考平面的高度),特別是電源走線

(11)模擬訊號的高低電平訊號線要分別走在地層兩側或電源兩側。

(12)差分訊號線應同層、等長、並行走線,保護阻抗一致,差分線間不應有其他走線。當確因實際情況要打過孔時,應同時打過孔,且不能相距太遠。

(13)關鍵訊號線走線不要跨分割槽走線,如一定要跨分割槽走線,則在走線附近採用橋接方式,使訊號形成完整迴路。

(14)佈線時應把回流面積最小化作為最高原則

(14)電源平面應相對於其相鄰地平面內縮20h,當因結構限制時,也應保證5h

(15)訊號線和位址線的走線應避免形成地排或地溝

電源方面的emc設計不僅僅包括開關電源的emc設計,還包括數位電路、模擬電路方面的電源emc設計。

開關電源方面的emc設計主要包括電源前端共模濾波器、差模濾波器設計、開關變壓器緩衝迴路的引數設計、開關管和快速二極體的吸收迴路的設計、開關變壓器的遮蔽設計等專案。主要根據具體產品來進行具體設計。

模擬電路和數位電路電源部分的emc設計是非常重要的乙個部分,主要包括bulk去耦電容的選擇、ic去耦電容的選擇、整體去耦電容的選擇、磁珠的選擇、濾波方式的選擇等。

電源開關的交流迴路、整流器交流迴路包含高幅梯形電流,這些電流中諧波含量成分很高,其頻率遠大於開關基頻,峰值幅值可高達持續輸入/輸出直流電流幅度的五倍,過渡時間通常為50ns,這兩個迴路最容易產生電磁干擾。因此應優先佈好這些迴路,每個迴路中的三種主要器件:濾波電容、電源開關或整流器、電感或變壓器應彼此相鄰地進行設定,調整元器件位置使它們之間的電流迴路路徑盡可能的短。

開關電源的佈線規則為:

1、所有傳送交流訊號的引線要盡可能的短而寬。

2、盡可能地減少環路面積,以抑制開關電源的輻射干擾。

3、根據印刷線路板電流的大小,盡可能地加粗電源線寬度,減少環路電阻。

4、電源線、地線的走線與電流的方向一致,增加抗雜訊能力。

開關電源的地線設計規則為:

1、通常選擇單點接地:輸入濾波電容公共端應是其它的接地點耦合到大電流的交流地的唯一連線點,同一級電路的接地點應盡量靠近,且本級電路的濾波電容應接在該級接地點上,主要是考慮電路各部分回流到地的電流是變化的。

2、盡量加粗接地線:地線寬度最好是地線寬度比電源線寬,如有可能接地線寬度大於3mm,也可以用大面積銅層作為地線用,在印刷板上把沒有用上的地方都與地相連,作為地線。

3、控制晶元的接地設計:功率地與訊號地最終歸為乙個地,但功率地與電源地要形成回流,訊號地與訊號線形成回流,切不可把功率地和訊號地混淆,功率地和訊號地最終實現單點接地。ic控制地最好在其他交流電路環路都布置好後再放置,控制地要通過一特定的點連線到主電源地,減少檢測部分、誤差放大器和敏感輸入端之間的連線而引入雜訊。

數位電路的emc設計主要包括有源器件的選擇、時鐘電路的emc設計、資料匯流排和位址匯流排的emc設計、阻抗匹配和接地**的設計、匯流排驅動器的濾波設計等。

首先應注意器件的選擇:應優先選用器件上公升沿平滑的器件。高速數字器件的佈線易產生振鈴。該振鈴通常表現為諧波發射。通常的解決方法是在高速資料線上串乙個阻尼電阻或串乙個磁珠。

90%的emi是由於10%的關鍵電路引起的,因此佈線時要特別關注關鍵電路的佈線。關鍵電路主要有時鐘電路、高速資料匯流排、位址匯流排、復位線、中繼線、控制線等,佈線時應優先佈好這些關鍵線路。

高速資料電路的接地設計為:一般採用多點接地,減少接地阻抗。

高速資料電路的電源設計為:

電路板入口處的電源去耦:大多數電路板的電源入口處去耦包括乙個大的去耦電解電容並一到兩個小的高頻去耦電容,主要作用是為數位電路提供再充電,同時減少高頻雜訊。

器件去耦:任何鐘控器件(除微處理器外),必須在電源引腳加高速電容去耦,如果提供了多個電源和地線的管腳都必須加去耦電容。

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