EMC（电磁兼容）

EMC硬件设计规范
总体概念及考虑
布局
布线
屏蔽
接地
滤波
其它

EMC硬件设计规范

在高速逻辑电路里，这类问题特别脆弱，原因很多：
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、信号频率较高，通过寄生电容耦合到步线较有效，串扰发生更容易；
3、信号回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长相比拟，辐射更加显著。
4、引起信号线路反射的阻抗不匹配问题。

总体概念及考虑

1、五一五规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板。

2、不同电源平面不能重叠。

3、公共阻抗耦合问题。

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。

解决办法：

①模拟与数字电路应有各自的回路，最后单点接地；

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、一个重要思想是：PCB上的EMC主要取决于直流电源线的Z

布局

1、晶振尽可能靠近处理器

2、模拟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、用地填充空着的区域

布线

1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一面。

2、为模拟电路提供一条零伏回线，信号线与回程线小与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，远离I/O电路，可考虑加专用信号回程线。

5、关键线路如复位线等接近地回线。

6、为使串扰减至最小，采用双面＃字型布线。

7、高速线避免走直角。

8、强弱信号线分开。

屏蔽

1、屏蔽 > 模型：

屏蔽效能SE(dB)＝反射损耗R(dB)＋吸收损耗A(dB)

高频射频屏蔽的关键是反射，吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。

2、工作频率低于1MHz时，噪声一般由电场或磁场引起，(磁场引起时干扰，一般在几百赫兹以内)，1MHz以上，考虑电磁干扰。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、静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须闭合。磁屏蔽要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干扰产生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，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，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高磁导率的材料(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为干扰电路的电流。降低噪声电压，有两个途径，对接收电路而言，B、A和COS0必须减小；对干扰源而言，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、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸<λmin/20。好的电缆屏蔽层覆视率应为70％以上。

接地

1、300KHz以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围50KHz～10MHz。另一种分法是：< 0.05λ单点接地；< 0.05λ多点接地。

2、好的接地方式：树形接地

3、信号电路屏蔽罩的接地。

接地点选在放大器等输出端的地线上。

4、对电缆屏蔽层，L< 0.15λ时，一般均在输出端单点接地。L<0.15λ时，则采用多点接地，一般屏蔽层按0.05λ或0.1λ间隔接地。混合接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。

5、对于射频电路接地，要求接地线尽量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λ/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相当λ/4天线，向外辐射干扰信号。

6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。

7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。

滤波

1、选择EMI信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。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、π型。π型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。

一个典型信号的频谱：

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干扰，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)干扰在频率 < 1mhz时占主导地位。cm在> 1MHz时，占主导地位。

3、使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)。

注意减小电容引线电感，提高谐振频率，高频应用时甚至可以采取四芯电容。电容的选取是非常讲究的问题，也是单板EMC控制的手段。

其它

单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的EMC控制，从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗干扰等。一个机器的孕育及诞生实际上是EMC工程。最主要需要工程师们设计中注入EMC意识。在实验测试过程中，我们常遇到这样的情况：虽然设计工程师在设备电源线上接了电源滤波器，但是该设备还是不能通过"传导骚扰电压发射"测试，工程师怀疑滤波器的滤波效果不好，不断更换滤波器，仍不能得到理想的效果。

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