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印制电路板PCB的电磁兼容设计ΔI.ppt

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第6章印制电路板PCB的电磁兼容设计
有源器件敏感度特性和发射特性
线路板上的电磁骚扰辐射
单、双和多层板的PCB设计
面向21世纪的表面安装技术有源器件敏感度特性和发射特性
电磁敏感度特性
为信号接收和信号处理所设计的芯片或器件可以分为调谐器件和基本频带器件。调谐器件起带通元件作用, 包含预期对中心频率及其附近频率的接收与放大, 如通信接收机、各类放大器等。其频率特性包括中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应等。基本频带器件起低通元件作用, 包含从直流到截止频率的接收与放大, 如低频放大器、视频放大器等。其频率特性包括截止频率和截止频率以外的抑制特性, 以及带外乱真响应等。此外, 这两种器件还具有两种重要特性, 即输入阻抗和输入端的对称或不对称特性。
这两种器件最重要的敏感度参数是带内敏感度, 这决定了它们的敏感度特性。灵敏度和带宽是评价敏感器件最重要的参数, 灵敏度越高, 带宽越大, 抗扰度越差。
模拟器件的带内敏感度特性取决于灵敏度和带宽。模拟器件的灵敏度以器件固有噪声为基础, 即等于器件固有噪声的信号强度或最小可识别的信号强度。
逻辑器件的带内敏感度特性取决于噪声容限或噪声抗扰度, 噪声容限即叠加在输入信号上的噪声最大允许值, 噪声抗扰度可表示为
(6-1)

噪声容限可分为直流噪声容限、交流噪声容限和噪声能量容限。直流噪声容限把逻辑器件的抗扰度和逻辑器件典型输出翻转电压联系起来。交流噪声容限进一步考虑了逻辑器件的延迟时间, 如果骚扰脉冲的宽度很窄, 逻辑器件还没有来得及翻转, 骚扰脉冲就消失了, 就不会引起干扰。噪声能量容限则同时包含了典型输出翻转电压、延迟时间和输出阻抗, 定义为
(6-2)
其中, NE为噪声能量容限; UTH 为逻辑器件的典型输出翻转电压; Tpd 为延迟时间; Zo为输出阻抗。如果噪声能量大于噪声能量容限, 则逻辑器件将误翻转。表6-1 列出了各种逻辑器件族单个门的典型特性, 包括直流噪声容限和噪声抗扰度, 推荐使用CMOS、 HTL器件。模拟和逻辑器件的带外敏感度特性用灵敏度和抑制特性斜率表示, 因为有源器件的敏感度特性主要存在于带外, 所以带外特性十分重要。低电平、高密度组装、高速、高频器件很容易
受到骚扰, 特别是脉冲骚扰。
表6-1 各种逻辑器件族单个门的典型特性
电磁骚扰发射特性
电子噪声主要来自设备内部的元器件, 包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、 1/f 噪声和天线噪声等。逻辑器件的电磁骚扰发射包括传导骚扰和辐射骚扰, 前者可通过电源线、信号线、接地线等金属导线传输; 后者可由器件辐射或通过充当天线的互连线进行辐射。凡是有骚扰电流经过的地方都会产生电磁骚扰发射。
因为传导骚扰随频率成正比增加, 辐射骚扰随频率的平方增加, 所以, 频率越高就越容易
产生辐射。
逻辑器件是一种骚扰发射较强、最常见的宽带骚扰源, 器件翻转时间越短, 对应逻辑脉冲所占频谱越宽, 如图6-1所示, 可用频谱宽度BW与上升时间 tr的关系表示为

(6-3)

图 6-1 典型逻辑器件的电压频谱
实际辐射频率范围可能达到BW的10倍以上。例如当 tr=2 ns时, 频谱宽度BW=159 MHz, 实际辐射频率范围可达 GHz以上。

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