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电磁兼容PCB.docx


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电磁兼容PCB.docx
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时间:2021年x月x日

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟
页码:第页 共8页

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PCB的EMC设计
PCB是构成电子设备的基础,保证PCB的电磁兼容性是整个系统设计的关键,
合理正确的PCB的布线和设计应该使得:
(l)板上的各部分电路相互间无干扰,都能正常工作;
(2)PcB对外的传导发射和辐射发射尽可能降低,达到有关标准要求;
(3)外部传导干扰和辐射干扰对PCB上的电路基本无影响。
1.1 PCB设计理论基础
1.电磁兼容设计的带宽
在数字电路系统中,电磁兼容设计的带宽与数字电路的工作频率是两个不同的概念,数字系统的工作频率是由信号的重复周期决定的,而电磁兼容性设计的带宽是由信号的上升沿、下降沿决定。器件对电磁辐射的贡献不是取决于系统的工作频率,而是取决于边沿速率。理论研究表明,在进行电磁兼容设计时,主要考虑信号上升沿的十倍频,如公式4一1所示。

式中fmax为谐波频率,fr为需要考虑的电磁兼容性的带宽。
快速的信号切换时间(边沿速率)将导致回流、串扰、阻尼振荡(振铃)及反射等问题的增加。信号的边沿速率与信号的工作频率是两个不同的概念,高的边沿速率不一定是高的频率。例如在实际的应用中,可能系统的工作频率并不高。但如果信号的上升速率过快的话,将会产生较大振铃现象,同样会带来信号完整性的问题。当振铃信号达到器件所能容忍的极限值时会使器件内部的半导体半导体
  半导体(semiconductor),是一种材料的的导电能力介于导体和绝缘体之间,并有负的电阻温度系数的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度,电阻率下降。如硅、锗、硒等,半导体之所以得到广泛应用,是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显着。
特性发生变化(电子迁移)、器件发热及功耗加大等现象,造成系统的可靠性降低,并且较快的边沿速率其功耗也越大。
  信号的边沿速率与器件的输出强度(输出驱动电流)有直接的关系,过强的输出驱动电流除了能够提高信号的边沿速率之外,还会对周围的器件及传输线造成干扰(Crosstalk)。因此对电磁兼容性(EMI)非常敏感的系统,信号边沿速率是重点需要考虑的,而系统的时钟频率反而放在第二位考虑。

2.器件的分布参数
系统工作在低频情况下,电阻、电感、电容主要表现为集总参数,但当系统的工作频率较高时,元器件特性就较为复杂,这时候的元件就有很大的分布参数存在,比如分布电感、分布电容、分布互感、分布互电容等。在高频情况下电阻、电感、电容的等效电路如表4一1所示:

所以在高频PCB设计时,必须考虑导线等的分布参数,只有这样设计的PCB,才可以达到EMC设计的目的。
3.PCB的辐射原理
信号通路和它的回路通道之间的位移电流以及负载电流,形成了回路阻抗上的电压,这个电压产生了成为主要辐射源的共模电流。由于位移电流是在线电容充放电期间形成的,因此它的分布是不均匀的:在线的源端,它有最大值;而在负载端则为零。正是由于共模电流的存在,导致了PCB辐射的存在。
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