干货｜工程师必备硬件EMC设计规范

本规范重点在单板的EMC设计上，附带一些必须的EMC知识及法则。
在印制电路板设计阶段对电磁兼容考虑将减少电路在样机中发生电磁滋扰。

在高速逻辑电路里，这类问题特殊薄弱，缘故原由很多：

1、电源与地线的阻抗随频率增加而增加，公共阻抗耦合的发生比较频繁；

2、旗子暗记频率较高，通过寄生电容耦合到步线较有效，串扰发生更随意马虎；

3、旗子暗记回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长比较拟，辐射更加显著。

4、引起旗子暗记线路反射的阻抗不匹配问题。

一、总体观点及考虑

1、五一五规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升韶光小于5ns，则PCB板须采取多层板。

2、不同电源平面不能重叠。

3、公共阻抗耦合问题。

模型：

VN1＝I2ZG为电源I2流经地平面阻抗ZG而在1号电路感应的噪声电压。

由于地平面电流可能由多个源产生，感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电的抗扰度。

办理办法：

①仿照与数字电路应有各自的回路，末了单点接地；

②电源线与回线越宽越好；

③缩短印制线长度；

④电源分配系统去耦。

4、减小环路面积及两环路的交链面积。

5、一个主要思想是：PCB上的EMC紧张取决于直流电源线的Z

二、布局

下面是电路板布局准则：

1、 晶振尽可能靠近处理器

2、 仿照电路与数字电路占不同的区域

3、 高频放在PCB板的边缘，并逐层排列

4、 用地添补空着的区域

三、布线

1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一壁。

2、为仿照电路供应一条零伏回线，旗子暗记线与回程线小与5：1。

3、针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。

4、手工时钟布线，阔别I/O电路，可考虑加专用旗子暗记回程线。

5、关键线路如复位线等靠近地回线。

6、为使串扰减至最小，采取双面＃字型布线。

7、高速线避免走直角。

8、强弱旗子暗记线分开。

四、屏蔽

1、屏蔽 > 模型：

屏蔽效能SE(dB)＝反射损耗R(dB)＋接管损耗A(dB)

高频射频屏蔽的关键是反射，接管是低频磁场屏蔽的关键机理。

2、事情频率低于1MHz时，噪声一样平常由电场或磁场引起，(磁场引起时滋扰，一样平常在几百赫兹以内)，1MHz以上，考虑电磁滋扰。
单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC模块等。
更大的涉及单板间、子架、机架的屏蔽。

3、 静电屏蔽不哀求屏蔽体是封闭的，只哀求高电导率材料和接地两点。
电磁屏蔽不哀求接地，但哀求感应电流在上有通路，故必须闭合。
磁屏蔽哀求高磁导率的材料做 封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和滋扰产生的磁通相消达到接管的目的，对材料有厚度的哀求。
高频情形下，三者可以统一，即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。

4、对低频，高电导率的材料接管衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采取高磁导率的材料(如镀锌铁)。

5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。

6、磁耦合感应的噪声电压UN＝jwB.A.coso＝jwM.I1，(A为电路2闭合环路时面积；B为磁通密度；M为互感；I1为滋扰电路的电流。
降落噪声电压，有两个路子，对吸收电路而言，B、A和COS0必须减小；对滋扰源而言，M和I1必须减小。
双绞线是个很好例子。
它大大减小电路的环路面积，并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。

7、防止电磁透露的履历公式：缝隙尺寸 < min/20。
好的电缆屏蔽层覆视率应为70％以上。

五、接地

1、300KHz以下一样平常单点接地，以上多点接地，稠浊接地频率范围50KHz～10MHz。
另一种分法是：< 0.05单点接地；< 0.05多点接地。

2、好的接地方式：树形接地

3、旗子暗记电路屏蔽罩的接地。

接地点选在放大器等输出真个地线上。

4、对电缆屏蔽层，L < 0.15时，一样平常均在输出端单点接地。
L<0.15时，则采取多点接地，一样平常屏蔽层按0.05或0.1间隔接地。
稠浊接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。

5、对付射频电路接地，哀求接地线只管即便要短或者根本不用接线而实现接地。
最好的接地线是扁平铜编织带。
当地线长度是/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相称/4天线，向外辐射滋扰旗子暗记。

6、单板内数字地、仿照地有多个，只许可供应一个共地点。

7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。

六、滤波

1、选择EMI旗子暗记滤波器滤除导线上事情不须要的高频滋扰成份，办理高频电磁辐射与吸收滋扰。
它要担保良好接地。
分线路板安装滤波器、贯通滤波器、连接器滤波器。
从电路形式分，有单电容型、单电感型、L型、型。
型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能担保事情旗子暗记质量。

一个范例旗子暗记的频谱：

2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射滋扰，既防止EMI进入电网，危害其它电路，又保护设备自身。
它不衰减工频功率。
DM(差摸)滋扰在频率 < 1MHz时占主导地位。
CM在 > 1MHz时，占主导地位。

3、利用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及寄生振荡的抑制。

4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC转换器的输出进行滤波(uF)。

Cmin≈△I△t/△Vmax △Vmax一样平常取2％的滋扰电平。

把稳减小电容引线电感，提高谐振频率，高频运用时乃至可以采纳四芯电容。
电容的选取是非常讲究的问题，也是单板EMC掌握的手段。

七、其它

单板的滋扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的EMC掌握，从生产工艺到扎线方法，从编码技能到软件抗滋扰等。
一个机器的孕育及出身实际上是EMC工程。
最紧张须要工程师们设计中注入EMC意识。

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