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相关技术支持PCB的EMC设计培训内容▪第1章电磁兼容原理▪1emc的定义▪2EMC研究的目的以及意义▪3EMC三要素及策略▪第2章PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪1PCB的EMC设计的意义▪2PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位▪3板

级EMC的成因培训内容▪第3章PCB的EMC设计▪1旁路退耦▪2布线▪3静电放电的防护▪4层叠设计▪5地和电源▪6模块划分▪7综合布局▪8滤波培训内容▪第4章PCB设计中的EMC要求▪1基本要点▪2案

例分析电磁兼容原理▪emc的定义电磁兼容（ElectromagneticCompatibility,简称EMC）,电子和电气系统、设备和装置在预定的电磁环境和设定的安全界限内在设计的性能水平工作时不会因为电磁干扰而不引起不可接受的功能降级。以下是电磁兼容有关的常见术语：EMC：（E

lectromagneticcompatibility）电磁兼容性EMI：（Electromagneticinterference）电磁干扰EMS：（Electromagneticsusceptibility）电磁敏感度电磁兼容原理RF：（RadioFrequency）电磁频率RE：（

Radiatedemission）辐射骚扰CE：（Conductedemission）传导骚扰CS：（Conductedsusceptibility）传导骚扰抗扰度RS：（Radiatedsusceptibility）射频电磁场辐射抗扰

度ESD：（Electrostaticdischarge）静电放电EFT/B：（Electricalfasttransientburst）电快速瞬变脉冲群Surge：浪涌电磁兼容原理▪EMC研究的目的以及意义一个系统如果满足以下三个准则，就认为具有电磁兼容性：1、不对其他

系统产生干扰；2、对其他系统的辐射不敏感；3、不对自身产生干扰。这就是我们研究引申EMC的目的所在。电磁兼容原理总体来讲，EMC分为EMI、EMS两部分：EMI：电磁干扰，从本质上讲，干扰就是缺少相容性，那么电磁干扰就是缺少电磁兼容性。E

MI是有害电磁能量由一个电子设备经辐射或传导（或两个设备）传送到一个电子设备的过程。在通常的应用中，这个名词指的是射频（RF）信号的的电磁干扰。但是EMI可以发生在由DC到光波的整个频率范围。EMS：电磁

敏感度，即处在一定环境中设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰，或者说设备或系统对于一定范围内的电磁能量不敏感，能按照设计的性能保持正常的运行、工作；（防静电要求为此类）。电磁兼容原理▪EMC三要素及策略最简单的电磁干扰模型有三个基

本要素：1、一定存在电磁干扰源。2、必须在干扰源和干扰受体之间存在耦合通道来传输有害电磁能量。3、一定存在电磁干扰受体，当电磁干扰强度超出容许的界限时，被干扰设备性能会发生混乱。EMC耦合问题的基本分解框图如下：电磁兼容原理

在单板范围内，我们可以找到如下几个与辐射有关的项：❖干扰源：时钟电路（包括晶振、时钟驱动电路）；❖开关电源；❖高速总线（通常为低位地址总线如：A0、A1、A2）；❖高电平信号、大电流信号、dv/dt、di/dt高信号；❖部分塑封器件；❖内部互连电缆；❖不恰当布防的印制线条等。

电磁兼容原理耦合途径：传播能量的各种媒质，例如自由空间、互连电缆（共模耦合）。按传播的方式，电磁干扰分成两种类型。1、传导型干扰是系统产生并返回到支流输入线或信号线的噪声。2、辐射型干扰以电磁波的方式直接发射。单板中敏感器件或信号主要有：❖锁项环（一种电路或者模块，它用于在通信

的接收机中，其作用是对接收到的信号进行处理，并从其中提取某个时钟的相位信息）❖收发模块❖模拟信号❖复位信号电磁兼容原理总结：对于EMC来讲，这三个要素缺一不可。如果任一要素不存在，EMI也就不存在了。电磁兼容原理▪EMC策略上述也意味着防止干扰的三种途径：1、抑制源的发射2、尽可能使耦合路径无效3

、使接受器对发射不敏感抑制源的发射一般地说，在设计PCB时，消除主要的干扰源是最廉价有效的方法。干扰是产生初始波形的主要因素。PCB必须设计成使产生的电磁能量只限于需要的装配部件处。通过必要的布局、布线以及采取屏蔽、接地措

施来提高设备的抗扰能力。电磁兼容原理尽可能使耦合路径无效在三要素的对策中切断干扰的传播途径是最重要的一环。在单板上可采取以下措施来切断耦合途径或者减少耦合：1．对应传导耦合：加滤波电容、滤波器、共模线圈、隔离变压器等；2．对应辐射耦合：相邻层垂直走线、加屏蔽地线、磁性器

件合理布局、3W规则、正确层分布、辐射能力强或敏感信号内布层、使用I/O双绞线、辐射信号强的信号远离拉手条、板边缝隙等。从产品EMC设计的对策、手段来讲，通常采用的不外乎接地、屏蔽、滤波三种。关于接地、屏蔽等一般涉

及到结构的开发，这次主要针对PCB的EMC设计给予介绍。PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪PCB的EMC设计的意义1、信号质量的要求在产品的EMC设计中，除了通过有关测试、获取相关认证外，还必须结合信号完整性分析，保证信号质量。如果产品顺利通过EM

C测试却不能实现正常功能，那也是徒劳的。在这方面，板级EMC设计是其它方式等无法取代的。PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪PCB的EMC设计的意义2、系统设计，对策多样化❖目前业界大多公司在EMC的处理上均采

用注重源头控制的EMC系统设计，从产品的概念、设计阶段给予关注，可在原理、PCB、结构、线缆、屏蔽、滤波、软件等各个方面采取对策，而一旦产品推向时常，可采取的对策也只有在软、硬件上打补丁了，对策的效果、可行性将面临严峻的考验。❖对于一个产品来讲，从设计之初就采取

一些抑制措施比成品之后再反复修改要经济的多。在电子产品的研制中，为获得良好的EMC性价比，进行EMC设计是相当重要的；电子产品的EMC性能是设计赋予的。测试仅仅是将电子设备固有的EMC性能用某种定量的方法表征出来。PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪PC

B的EMC设计的意义3、缩短开发周期重视源头控制，可能会拖延一点开发进度，但比起产品定型后，再针对EMC特性进行攻关要有效的多，而且产品定型后，再作EMC处理，由于受到诸多限制，可采用的对策极为有限。4、降低批量成本在单板、PCB设计阶段进

行EMC控制，有可能会增加人力开发成本，但从批量生产等总成本考虑，关注源头控制，可极大的降低批量成本。PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位❖在信号质量的综合考虑、单板接口、无法进行完全屏蔽的产品里，开展PC

B的EMC设计是其他任何EMC措施无法取代的；即使不存在以上问题的产品，开展以EMI源头设计为主的EMC系统设计，丰富了设计手段，减轻了后续工序的压力，降低了综合成本。❖我们也应看到，在EMC系统设计的环节里，单独做好板级EMC

的开发，并不能解决所有EMC问题，更不能有只需解决板级EMC问题，而无须再做屏蔽罩、屏蔽线缆的想法，我们强调的是EMC系统设计观念，而PCB的EMC设计是这个系统设计链条上最关键的一环，在单板方面进行EMC设计考虑是一个综合的考虑，是我们硬件、PCB工程师抬头脑中必须掌握的概念。PC

B的EMC设计在EMC设计中的定位▪PCB的EMC设计在产品开发中的客观地位❖现在一些电子企业的一个瓶颈是从事EMC开发、硬件开发的人员对PCB的设计了解不多，在单板的LAYOUT中，如果没有通过相关认证，就经常采用加层、加容性、抗性器件等做法，“宁可

错杀一千，也不放过一个”，存在着明显的过设计倾向，以致于增加了不小的成本，也增加了PCB的LAYOUT难度，甚至有些还是无法实施的。❖我们知道，PCB的设计需要综合质量、成本、加工工艺、EMC、安规、热等诸多因素，缺乏对以上的综合考虑，都不

是一个成功的产品。这就需要我们的工程师对以上因素做到全局把握，根据实际情况，采取不同的对策。❖以上为总体上针对电磁兼容的基本原理进行了简单的阐述PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪板级EMC的成因地平面是不平整的。实际中的地平面上各点的是存在电位差的，而且总是起伏不定的，类似于海面上的

波浪。这构成了PCB的EMC形成的必要条件，随着频率、速率的提高，传输线效应越来越需要引起关注，引线电感以及信号回流过程中大大小小的环路就构成了PCB的EMC形成。以下引申一个信号完整性的概念，并且分析一些问题的造成原因及其解决方法。信号完整性（SingnalIntegrity）是指一个信号在电路

中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（SingnalIntegrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。PCB的EMC设计在EMC设计中的定位▪板级EMC的成因常见信号完整性问题及解决方法：P

CB的EMC设计在PCB设计的EMC设计，影响的因素很多，例如：❖PCB的层叠设计❖电容的摆放❖接口电路❖时钟晶振布局走线❖电源布局走线❖关键信号的布线等。……几乎PCB设计的任何一个步骤都会产生相应的EMC问题PCB的EMC设计▪旁路退耦正确的使用电容是抑制干扰的一种有效措施。下面引申两个概念：

旁路和退耦是指把能量从一个电路转移到另一个电路的功能，常用于电能分配系统的供电质量。应着重关注三个方面：电源和地平面、元件以及内部电源连接。PCB的EMC设计▪旁路退耦旁路：将来自元件或线缆耦合的无用射频噪声从一个区域移往别处

。旁路不仅对于实现滤波（有限带宽）功能相当关键，而且对于设置交流分路器防止干扰进入敏感区域也是不可或缺的。用于该目的的电容是就是所谓的旁路电容。它利用了电容的频率阻抗特性（理想电容的频率特性随频率的升高，阻抗

降低）可以看出旁路电容主要针对高频干扰。退耦：去除从高频元件进入电源分配网络的射频能量。这些元件以一定的速度不停切换，同时消耗着同样速度变化的电能。退耦电容可以为器件和元件的直流电源提供局部本地化的能量来源，这对于抑制电路板上尖峰电流冲击的传播扩散至关重要。PCB的EMC设计▪旁

路退耦在电源电路中，旁路和退耦都是为了减少电源噪声。旁路主要是为了减少电源上的噪声对器件本身的干扰；退耦是为了减少器件产生的噪声对电源的干扰。pcb设计的经验法则：“在电路板的电源接入端放置一个1～10μF的电容，滤除低频噪

声；在电路板上每个器件的电源与地线之间放置一个0.01～0.1μF的电容，滤除高频噪声。实际的电容并不是理想器件，因为材料、封装等方面的影响，具备有电感、电阻等附加特性；尤其是在高频环境中更表现的更像电感的电气特性。我们都知道实际电容的模型简单的以电容、电阻和电感建

立。除电容的容量C以外，还包括以下相对重要的寄生参数：1、等效串联电阻ESR2、等效串联电感ESL3、等效并联电阻EPRPCB的EMC设计▪旁路退耦因为寄生参数的影响，尤其是ESL的影响，实际电容的频率特性表现出阻抗和频率成“V”字形的

曲线，低频时随频率的升高，电容阻抗降低；当到最低点时，电容阻抗等于ESR；之后随频率的升高，阻抗增加，表现出电感特性。对电容的选择需要考虑的不仅仅是容值，还需要考虑其它因素。包括：电介质材料，电容的几何尺寸和放置位置。合理布置电源滤波/退耦电容：一般

在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容，但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的，布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。（当电源滤波/退耦电容布置的合

理时，接地点的问题就显得不那么明显。）电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。PCB的EMC设计▪布线1、阻抗匹配-反射和振铃❖当信号边沿变得更快时，就必须考虑线条的传输和反射延时。这将引起各种问题，包括串扰、振铃和反射。当信号边沿时

间在器件负载间的传输时间占很大比例的时候，反射常常会导致信号完整性和EMI问题。解决反射问题需要延伸边沿时间（减慢边沿效率）或减小在负载器件之间的间隔距离。❖在电路网络中，在PCB上的信号的反射是一个RF噪

声源。在传输线上存在阻抗不连续情况时，就能观察到反射现象。这种不连续现象包括：❖线宽度的变化❖终端网络失配❖缺少端接❖T形短线和线条交叉PCB的EMC设计▪布线1、阻抗匹配-反射和振铃❖布线层间的过孔❖可变负载和逻辑系列❖大的电源平面不连续❖转换连接器❖传输线阻抗的变化当然何时选择端接，选

择怎样的端接类型也是一个课题，在这里便不再具体阐述。PCB的EMC设计▪布线2、串扰在布线时我除了考虑以下几点之外。确定使用哪一层来布线如何在层间换层保持阻抗的连续串扰也是布线所考虑的一个重要因素。导线、电缆线和印制线间的串扰会影响系统内的性能。系统内是指在同一机箱内的源和接收器。产品

的设计必须是自兼容的，因此串扰被当作系统内部必须减小或消灭的EMI问题。因为串扰会在印制线间产生干扰，所以串扰通常被认为是信号完整性问题。实际上，串扰表征的是RF能量从干扰线耦合到被干扰线。而EMI敏感电流也会

将RF能量耦合到包括互连的其他电路。I/O线的耦合可导致在机箱内出现辐射或传导EMI问题，或者可能造成电路和子系统间的功能性问题。PCB的EMC设计▪布线2、串扰❖为了避免串扰，在PCB阶段，采用以下的设计和布线方法比较有效：❖将器件的逻辑系列按功能分类。严格控制总线结构❖减小平行布线的线长❖

器件位置远离I/O和其他对信号恶化和耦合敏感的电路区域。❖对控制阻抗的印制线或富含谐波能量的印制线进行终端处理。❖避免互相平行的布线。在印制线间保持足够的间距以减小感性耦合效应。❖相邻布线层要采用正交布线方式。这样会预防邻近布线层间的容性耦合。❖减小信号层

到参考地的距离。❖降低信号阻抗和驱动信号的电平。PCB的EMC设计▪布线2、串扰❖9.用实心的平面结构隔离必须同向的布线层。❖10.在层叠分配时将高噪声发射器（时钟，I/O，高速互连线等）分割或隔离在不同的布层中。❖11.在特殊的传输线上加装具有频带限制功能的滤波器以清除源和被

干扰印制线的直接耦合。PCB的EMC设计▪静电放电的防护通常静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）对数字电路的危害甚于其对模拟电路的影响，是我们必须关心的问题。静电放电能够进入输入输出端口和使用者可能接触的地方。抑制静电放电就是防止元件或者系统表面的高

电压脉冲通过辐射和传导影响系统功能。ESD能量在开始阶段积累的非常慢（以分或者妙计），然后再电容一类的结构里存储（比如人体、家具或者非连接的电缆）紧接着积累的电荷发生快速击穿（通常在纳秒的时间内）。随着这个纳

秒范围的脉冲，放电能量能产生几百兆赫兹到1GHz以上的电磁干扰。人体静电的上升时间大约200ps到10ns甚至更快，其峰值脉冲电流可以有数安到30A以上。由于放电电流高速度、宽频谱分布的特点，ESD能量能够损坏电路，产生地反弹、甚至通过电磁耦合发生故障。