《电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用2.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用2.doc（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用2 本文由jimmy3973贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 维普资讯 计算机工 程与科学 年第 卷第 期 ， ， 文章编 号 ： （ ? ） 电磁兼 容技 术及其在 设计 中的应用 俞海珍 。 冯 浩 。 （ 江工业大学信息工程学 院。 江 杭州 ） 浙 浙 （ 。 。 。 ） 摘 要 ： 在印制 电路板 的电路 设计阶段就进行 电磁 兼容性 （ ） 计是 非常重要 的 。本 文介绍 了 设 电磁 兼容 技 术 及 其 在 印制 电路 板 中的 应 用 ， 印 制 电路 板 的选 取 到 元 器 件
2、 的布 置 以及 地 线 、 从 电源 线 和 信 号 线 的设 计 ， 最后 结 合 公 司 的 软 件 ， 出 了 一 种 在 设 计 中减 少 电磁 干扰 的 设 给 计 方法。 （ ） ， ， ， ， ， ， 关键 词 ： 印制 电路 板 ； 磁 兼 容 ； 电 电磁 干 扰 ； ： ； ； ； 中图 分 类 号 ： ： 文献 标 识 码 ： 电磁环境 电平 是 由 自然干扰源及人为干扰源 的电 引 言 电磁兼容 （ 是一 门新 兴 的综合 性学 科 ， ） 它主要研究 电磁干扰和抗 干扰 的问题 。电磁兼 容 性是指 电子设备或 系统 在规定 的电磁环境 电平下 不因电磁干扰而 降低
3、 性 能指标 ， 时它们 本身 产 同 生的电磁 辐射不 大 于检定 的极 限 电平 ， 影 响其 不 磁 能 量 共 同形 成 的 。 电子设备 和系统 的电磁兼容性指标 已成 为电 子设 备和系统设计在 研制时 的一个重要 的技术要 求 。现在 已 经 有 了 抑 制 电子 设 备 和 系 统 的 的国际标准 ， 统称 为电磁兼容 （ ） 标准 ， 它们 可 以作为普通设计 者布线和布局 时抑制 电磁辐射 和 干扰的准则 。对 于军用 电子 产 品设计者 来说 ， 标 准会更严格 ， 要求更 苛刻 。 它电子设 备或 系统 的正 常运 行 ， 并达 到设 备 与设 备、 系统 与系统 之间
4、互不 干扰 、 同可靠 地工作的 共 目的 。而 电磁环境 电平 是受试设备或 系统 在不加 电时 ， 于规定的试验场地 和时间 内， 在于周围空 存 目前 ， 电子器 材用 于各类 电子 设备 和 系统 仍 然 以印制 电路板 为 主要装 配方 式 。实践 证 明 ， 即 使 电路原理 图设计 正确 ， 印制电路板设计 不当 ， 也 间的辐射和 电网 内传导 信 号及 噪声 的量值 ， 个 这 会对 电子设 备 的 可靠性 产生 不利影 响 。所 以 ， 保 收稿 日期 ： 修 订 日期 ： ； 作者简 介 ： 俞海 珍 （ ， ， 一）女 浙江 宁波人 硕士 生 ， 研究 方 向为 自动控
5、 制 和神经 网络 ； 浩 ， 冯 教授 ， 研究 方 向为 检测 与 自动化 和 电 机。 通讯地 址 ： 江省杭 州 市浙江 工业大 学研 信箱 ；： ） 浙 （ ； ： ： ， ， 。 维普资讯 证印制电路板的电磁兼容性是 整个系统设计 的关 键 。本 文主要 讨论 电磁 兼 容技 术 及 其 在 设 计 中 的应 用 。 （ ）良好 的接 地 系统 。设 计低 阻 抗 的地线 ， 正确设计 单元 电路和 设备 的接 地 系统 、 电缆 屏蔽 层 的接地 、 号电路屏 蔽体的接地等 ， 信 并采用合理 的阻隔地环路干扰 的措施 。 （ ） 波技术的运用 。滤波 器的主要 功能是 滤 电磁
6、 兼 容技 术 国内外大量 的经验 表 明 ， 在产 品 的研制 生 产 将有用 信号 以外 的信 号能量 进行抑制 。借助 于滤 波器 ， 以显著 减 弱干扰 源 和被 干扰 电路 间的传 可 导 干扰 电平 。 过程中越早注意解 决 电磁 兼容性 ， 越可 以节 约 则 人力与物力 ， 如图 所示 。 电磁兼容技术在 设计中的应用 旺 耋 蚕 目前产 品的 电磁 兼容问题 常常在检测机构对 产品进 行 电磁兼 容测 试 以后才 去解 决 ， 至 当产 甚 品使用 后 出现 问题时才 去补救 。这样做非但 费时 设备生产过程 费力 ， 而且 不能从根本上解决 问题 。因此 ， 应该在 产品开
7、发 的最初 阶段就 进行 电磁兼容设计 。由于 板上的电子 器件 密 度越来 越 大 ， 线越 来越 走 图 早 期 解决 电磁 兼答 性 的 必要性 不管复杂系统 还是 简单 装 置 ， 任何 一个 电磁 干扰 的发生必须具 备 三个 基本 条件 ： 首先应 该 具 有干扰源 ； 次有传播 干扰能量 的途 径或通道 ； 其 第 三还必须有被干扰对象 （ 即敏感设备 ） 的响应 。所 以， 控制 干扰源 的电磁辐射 ， 断或抑制 电磁 干扰 切 窄 ， 号 的 频 率 越 来 越 高 ， 可 避 免 地 会 引 入 信 不 电 磁 兼 容 ） 电磁 干 扰 ） 问 题 。所 （ 和 （ 的 以
8、， 设计 目的是使 板上 各部 分 电路之 间没有 相互 干扰 ， 并使 印制板 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 。外部 的传导 干扰 和辐射 干扰对板 上 的电路 基本 无影 响 ， 际上在 实 设 计 中采取正确 的措施 常常能 同时起 到抗 干扰 和 抑制发射的 作用 。在 设计 印制 电路 板 布线 时 ， 首 先要选 取印制板 类 型 ， 然后 确定 元器 件在 板上 的 的耦合通 道 ， 高敏 感设 备的 抗 干扰 能力 是 电子 提 设备和系统 电磁兼容性设计 的主要 内容 。具 体有 以下几个方面的措施 ， 用来实现 电磁 兼容性
9、。 （） 干扰 电路 。电子设 备 中的 单元 电路 应 设 计和选 用本身 电磁 能 量辐 射小 、 干扰能 力强 的 抗 位置 ， 再依 次布 置地线 、 电源线 、 速信 号线和低 高 速 信号线 。 （ ）印制 电路 板 的 选 取 。印 制 电路 板 有 单 面、 双面和 多层 板之 分。单 面和 双 面板一 般用 于 低、 中密度 布线 的 电路 和集 成 度较低 的 电路 。多 层板适用 于高 密度 布线 、 高集 成 度芯 片的 高速数 字电路 。 线路形式 。小信 号放 大器应 增 大线 性 动态 范 围， 提高 电路的过载能力 ， 减小非线性失 真 ； 功率放 大 器 工
10、作 在 甲类 状 态 时 ， 生 的 谐 波 最 少 ； 作 在 乙 产 工 类时 ， 应采用推挽形式来 抑制二次谐 波 ； 丙类状 态 用于射频放大 ， 为抑制谐 波电平应采用 锐调谐 、 高 滤波器 。 （ ）器件 和电路的合理 布局 。将容易 受 到干 扰 的 敏 感 元 器 件 和 单 元 电路 尽 可 能 地 与 干扰 源 远 （ ） 器件布置 。首先 应对板 上的元 器件分 元 组， 目的是 对印制板上的空 间进行 分割 ， 同组 的放 离 ； 出与输入端 口妥善 隔离 ； 电平 电缆与脉冲 输 高 在一起 ， 以便在 空 间上保 证 各组 的元器 件不 致于 相互 干扰。一般 先
11、按 使用 电源电 压分 组 ， 按数 再 字与模 拟 、 高速 与 低速 以及 电流 大小 等进一 步分 引线与低 电平电缆分开排布 。 （ ）正确 的 电磁 屏 蔽 。用 屏 蔽 体 包 封 干 扰 源， 可以防止干扰 电磁辐 射向外传播 ； 用屏蔽体包 封被干扰 电路 ， 以防止 干扰 电磁 能量进 入 。电 可 磁屏蔽虽然能够有效地切断近场 感应和远场辐 射 等电磁 干扰 的传播通 道 ， 它会 造 成 电子设 备散 但 组 。不 相容的器 件要 分开 布置 ， 例如发 热元 件远 离关键 集成 电路 ， 磁性元件要屏蔽 ， 敏感器件则应 远离 时钟发 生器等等 。 连 接器及其引脚应根
12、据 元器件在板上 的位置 确定 。所有连 接器 最好 放在 印制 板 的一侧 ， 尽量 热 困难 ， 修不便 ， 维 成本 增加 ， 根据 最佳 费效 比 应 进行设计 。 避免 从 两 侧 引 出电缆 ， 以便 减 小 共模 电 流辐 射。 维普资讯 高速器件 （ 频率 大 于 或上 升 时间 小 于 的器件） 可 能远 离连 接 器 。驱 动器 则 应 紧 尽 靠连接器 ， 以免 信号在板上 长距离走线 ， 耦合 上干扰信号 。 容 。去耦 电容 应贴 近集 成 片安装 ， 连接线 应尽量 短 ， 大不超 过 最 。去耦 回路 的 面积 也应 可能 减小 。多层板 的 电源层和地线 层之间
13、的电容也参 与去耦 ， 主要是 对频 率 较高 的频 段而 言 的。如果 层 电容量不 足 ， 板上 可再另 加去 耦 电容。采用 表 （）地线 的布置。布置地 线时首 先考 虑 的问 题是“ 分地” 即根据不 同的电源电压 ， ， 数字 电路 和 模拟 电路分别设 置地线 。在多层 印制板 中有专 门 面安装 （ 的去耦 电容 可 以进 一步减 小去耦 回 ） 路 的面积 ， 达到 良好 的滤波效 果 。 （）信 号线 的 布置 。不 相容 的信 号线 （ 数字 与模拟 、 高速与低 速 、 电流 与小 电流 、 电压 与 大 高 低 电压 等） 应相互远离 ， 不要 平行走 线。分布在不
14、同层上 的信号线 走向应相互垂 直。这样 可以减少 线 间的电场 和磁场耦合干扰 。 的地线 层 ， 地线 层 上 用 “ 沟 ” 在 划 的方 法 来 分 地 。 但是 ， 分地并不是把各种地完 全隔离 ， 而是在适 当 的位置仍需把 不 同的地 短接起 来 ， 以保 证 整个地 线 的 电 连续 性 ， 接通 道 有 时 也 形 象 地 称 之 为 短 “ 。桥应该 有足够的宽度 。 桥” 布置地线 时要 注意 以下几 点 ： 多层 板 信号 层上的高速信号 轨线不 能横跨地线 层上的沟 。 变换器 芯片如 只有一 个 地线 引脚 ， 则该 芯 片 应安 放在连接模 拟 地和数 字地 的桥
15、上 ， 避免 数字 信号 回流饶 沟而行 。连接器不要 跨装在地线 沟 上， 因为沟两边的地 电位 可能差别较 大 ， 而通过 从 外接 电缆产 生共 模辐射骚扰 。 双面板 的地线通 常采用井字形 网状 结构 ， 即一 面安排 成 梳形 结构 地 线 ， 一 面 安 排 几 条 与 之 垂 直 的 地 线 ， 叉 处 用 另 交 信号线 的 布 置最 好 根 据 信 号 的 流 向顺 序安 排 。一个 电路 的输 出信号线不 要再折 回输 入信号 线 区域 。 高速信号线 要尽 可 能地 短 ， 以免 干扰 其他信 号线 。在双 面板上 ， 必要 时 可在高 速信 号线两边 加隔离地线 。多
16、层板上所有 高速时钟线 都应根据 时 钟 线 的长 短 ， 用 相 应 的 屏 蔽 措 施 。 采 应考 虑信 号线阻抗 匹配 问题 。所谓阻抗匹配 就是信号线 的负载应 与 信号 线 的特性 阻抗 相等 。 过孔连 接 。网状 结 构 能 减小 信 号 电流 的 环 路 面 积 。地线 应尽 可能 地粗 ， 以减小 地线 上 的分 布 电 感。 特性阻抗与信 号线 的宽 度 、 地线 层 的距 离 以及 与 板材的介 电常 数 等物理 因素 有关 ， 是信号 线 的固 有特性 。阻抗 不 匹配将 引起 传 输信号 的 反射 ， 使 数字波形产 生振 荡 ， 成逻 辑混 乱。通 常信号线 造
17、的负 载 是 芯 片 ， 本 稳 定 。 造 成 不 匹 配 的 原 因 主 基 （）电源线 的布置 。印制板 上 的电源 供 电线 由于给板上的数 字 逻辑器 件供 电 ， 路 中存 在着 线 瞬态变化的供 电 电流 ， 因此 将 向空 间辐 射 电磁骚 要是信号线走 线过 程 中本 身 的特性 阻抗 的变化 ， 例 如走线 的宽窄不一 ， 走线 拐弯 ， 过过孔等。所 经 以， 布线时应采取 以下措施 ， 得信 号线全程走 线 使 的特性 阻抗保 持不 变 ： 高速 信号线 布 置在 同一 层上 ， 不经过过 孔 。一 般数 字信 号 线应避 免穿过 二个 以上 的过孔 。 信 号线 拐
18、。 直角 会产生 特 性阻抗变化 ， 以拐角 处应 设计 成 弧形或 轨线 的 所 外 侧用 两个 。 角连 接 。 信 号线 不要 离印制 板 边缘太近 ， 留有 的宽 度应 至少 大于 轨线层 和地线 层的距 离（ 约为 ） 否则 会引起特性 阻抗 变 ， 化， 而且容易产生边缘 场 ， 加向外 的辐射 。 时 增 钟发生 器如有多个负载 ， 不能用树 型结构走线 ， 则 而应用蜘蛛 网型结 构走 线 ， 即所 有的 时钟负载 直 接与时钟功率驱动器相互连 接 。 扰 。供电线路 电感 又将 引起 共 阻抗 耦合 干扰 ， 同 时会影响集成 片的响应 速度和 引起 供 电电压的振 荡 。一
19、般采用 滤波去耦 电容和减小 供 电线路特性 阻抗 的方法来抑 制电源线 中存 在 的骚 扰 。 双 面板上 采用轨线对供 电。轨 线对应尽 可能 粗， 并相 互靠 近。供 电环路 面积 应 减小 到最 低程 度， 不同 电源 的供 电环路 不 要相 互重 叠 。如 印刷 板上布线密度 较高 不易达 到 上述 要 求 ， 可采用 则 小型 电源母线 条插在板上供 电。多层板 的供 电有 专用 的 电源层 和地 线层 ， 面积大 ， 间距 小 ， 特性 阻 抗 可 小 。 印制 电路 板上的供 电线路应 加滤波器 和去耦 电容 。在板 的电源引入端使用 大容量的 电解 电容 （ ） 作低 频 滤
20、 波 ， 并 联 一 只 再 在印制板上不允许 有任 何 电气上没有连接并 悬空的金属存 在 ， 如集成片上空 闲的引脚 、 例 散热 片、 金属屏蔽罩 、 支架 和板上没有利用 的金 属面等 都应该就 近接地线层 。 （ 下转第 页） 的陶瓷电容作高 频滤 波。板 上集 成 片的 电源 引脚和地 线引脚 之间 应 加 的陶瓷 电 容进行 去耦 ， 至少每 集成 片应 有一个 去耦 电 块 维普资讯 举 例 编程环境 改变一下 即可实现。 参 考文献 ： 尹章 才 一种 新 的编 程 方法 ： 向 面 的程 序 设计 计 算 机信息 技 术 ， （ ） ， ： 姚 郑 ， 文 向 程 序 设
21、计 软件 学 报 ， 高 面 的 ， （ ： ） 我们 以下 面的一道简单 的编程题 为例进行说 明和分析 。 题 目： 编写 一个 函数 求 两 个整 数之 和 （ 题 本 分） 。函数 的形式 已给 出 ： ， ） （ 。 系统生成的标准参考 代码 文件 的 内容 如 图 所示 。这里 给 出了几 个典 型 的实 现方 法 ， 当然 实 现 方 法 还 有 很 多 ， 式 考 试 时 不 妨 全 面 一 些 。 限 正 樊玮 ， 军 朱 软件 技术 的研究 航空 计算 技术 ， ， （） ： 石纯 一 ， 昌宁 ， 黄 王家 人工智 能 原理 北京 ： 清华 大学 出版 社 于篇 幅这里我
22、们 只是进行 示例 性 的说 明 ： 如果考 生源代 码 为 ， 已运 行 ， （ ） 且 则结 果 如下 ： 得分 ： 执行 （ ） 输 出 （ ， 信 度 （ ） 可 执行 ， 出 码 ） 输 代 。 如果考 生 源代 码 为 ；， 没有 运 行 ， 但 则结 果 如 下 ： 李进 华 ， 焦玉 英 于智 能代理 的 网上专 题信 息 服务 模 型及 基 算 法研 究 信息 系统 ， ， ： （） （ 上接 第 页） 得 分 ： 执行 （ ） 输 出 （ 代码 （ ） ） 一扣分 （ ） 可信 度（ ， 执行 ， 出 ， 输 代码 ） 。 如果考 生源代 码 为 ， 已运行 ， 且 则结
23、果如下 ： 得 分 ： 执行 （ ） 输 出（ ） 代 码 （ ， 信 度 ）可 （ 执行 ， 出 ， 输 代码 。 ） 如果考 生源代 码 为 程 序存 在错 误 ， ， 不能 运行 ， 则结 果 如下 ： 得 分 ： 执行 （ ） 输 出（ ） 代 码（ ， 信度 ）可 （ 执行 。 出 ， 输 代码 ） 。 如果考 生没有 编写 程序 ， 运行 过 ， 结果 如下 ： 但 则 得 分 ： 执行 （ ） 代码 （ ） 可信 度 （ ， 执行 输 出 代码 。 ） 结 束 语 线路板设 计 阶段如果缺乏 有效 的手段 分析 电 磁 干 扰 ， 产 品 可能 通 不 过 则 标 准 而 不 能
24、 进 入 生产 。传统 的尝试性方法仍是 国内设计人 员普遍 采用 的方法 ， 但各 种各 样 的借助 于计 算机 辅助 设 计的方法 正应 运 而生 。 设 计 软件 内 在实 际考试 中还 会 有很 多种 不 同的情 况 ， 在 这 里 不 可能 一 一 列 出 。不 过 通 过 上 面 的 结 果 可 以 部 的 自动布线软件包与 仿真器相结合 实现 了具有 设计 的 计算机辅助 设计 。 从 上面布线规则可知 ， 高速信号线要短 ， 这可 以通过 配置长度约束规则来实现 。对 于承载高速 看 出， 系统总会根据 不 同 的情 况给 出一个 全 面 的 评价 。这 比手 工 阅卷 的效率
25、 高 ， 而且 不会 因为时 间 长 而 产 生 疲 劳 。 手 工 阅 卷 时 容 易 出 现 的 问 题 是 ： 间 一 长 ， 容 易 疲 劳 ， 出 现 前 后 不 一 致 的 时 人 会 信号的走线 网络 可 以采 用菊 花链 拓扑 ， 定允许 规 最长走线 。并 行 导线 容易 引起相 互 串扰 ， 以通 可 过配置并行走 线 的最大长度来把 串扰 限制在允许 的范 围之内。 由于导线 的特性 阻抗会 引起 公共阻 抗干扰 ， 以采用 所 布线 时 ， 以在 信 可 号完整性功能 项设 定 中配置阻抗约束条件来保证 网络最 大允 许 导线 阻抗 。同时 ， 可 以通 过设 定 还
26、情况 ， 融入 了一些主观 因素 ， 而产生一定程度 的 从 不公 正。 信号 完整性 功能项 中的上 冲、 下冲 、 延迟 时间约束 来保证 信号 的完整 。 的强 大设 计 功 能为 电磁 兼 容 的设 计 提供 了一种 手 段 。 当 图 标准 参考 代码 然， 设计 过程 中需 要根 据 电磁 干扰 指 标去分 析计 结束 语 我们将该 系统用 于实 际 的考试 环 节 中 ， 收到 了 良好 的效 果。我们设 想对于编 程题 的阅卷可 以 建立一个基 于框架 的 阅卷模式 ， 只是静 态地 进 不 算相应 的布线 参数 ， 也 是该软 件在 电磁 兼容设 这 计 中的不 足之处 。
27、参考文献 ： 蔡 仁钢 电磁 兼容 原理 、 设计 和 预测 技 术 北京 ： 京 航 北 空航天 大学 出版社 ， 白云 同 ， 等 电磁兼 容设 计 北京 ： 北京 邮电大学 出 版社 ， 行 比较 ， 还要借助于编译 原理 中的理论 基础 和 的合作进行动态 的检 查 ， 系统 更加 实用 ， 使 智 能 程度更高 。另外 ， 系统 也 可 以推 广 到其 它课 该 程 的考试 中， 、 等 ， 如 只需将 系统 中 的 康华光 电子 技术 基础 北京 ： 等教育 出版社 高 电子工程 师 手册编 委 会 电子 工 程 师手册 京 ： 械 北 机 工业 出版 社 ， 刘 宏 ， 勤科 。 电路 设 计实 用指 南 安 ： 安 余 等 西 西 电子科技 大学 出版社 ， 1