造成EMC辐射超标的原因


造成EMC辐射超标的原因
 
造成EMC辐射超标的原因是多方面的,接口滤波不好、结构屏效低、电缆设计有缺陷等都有可能导致辐射数据超标。但产生辐射的根本原因其实在PCB的设计,从EMC方面关注PCB,主要关注以下几个方面:
 
1、从减少辐射骚扰的角度出发,应该尽量选用多层板,内层分别作电源层、地线层,用以降低供电线路阻抗,抑制公共阻抗噪声,对信号线形成均匀的接地面,加大信号线和接地面的分布电容,抑制其向空间辐射的能力。
 
2、电源线、地线、印刷板走线对高频信号应保持低阻抗。在频率很高的情况下,电源线、地线或印制板走线都会成为接收与发射骚扰的小天线。降低这种骚扰的方法除了加滤波电容外,更值得重视的是减小电源线、地线及其他印制板走线本身的高频阻抗。因此,各种抑制板走线要短而粗,线条要均匀。
 
3、电源线、地线及印制导线在印制板上的排列要恰当,尽量做到短而直,以减小信号线与回线之间所形成的环路面积。
 
4、电路元件和信号通路的布局必须最大限度地减少无用信号的相互耦合。需要注意:在PCB的不同的设计阶段所关注的问题点不同。
 
元器件布局阶段注意事项
 
1、接口信号的滤波、防护和隔离等器件是否靠近接口连接器放置,先防护后滤波;电源模块、滤波器、电源防护器件是否靠近电源的入口放置,尽可能保证电源的输入线最短,电源的输入输出分开,走线互不交叉;
 
2、晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件是否远离单板拉手条、连接器;
 
3、滤波电容是否靠近IC的电源管脚放置,位置和数量适当;
 
4、时钟电路是否靠近负载,且负载均衡放置;
 
电磁干扰(Electromagnetic Interference),简称EMI,有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。
 
电场:导体之间的电压产生电场
 
磁场:导体上的电流产生磁场
 
1、差模辐射:电流在信号环路中流动产生
 
2、共模辐射:由于导体的电位高于参考电位产生
 
3、PCB主要产生差模辐射
 
4、线缆主要产生共模辐射
 
5、差模辐射电场的计算
 
其中 :
 
E:电场强度(V/m)
 
f :电流的频率(MHz)
 
A:电流的环路面积(cm2)
 
I :电流的强度(mA)
 
r :测试点到电流环路的距离(m)
 
6、共模辐射电场的计算
 
其中 :
 
E:电场强度(V/m)
 
f :电流的频率(MHz)
 
L:电缆的长度(m)
 
I :电流的强度(mA)
 
r :测试点到电流环路的距离(m)
 
7、屏蔽的基本理论和设计要点
 
EMC滤波设计
 
1、滤波
 
a、滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络,阻止某段频率范围内的信号沿线传递。
 
b、 滤波电路种类:反射、吸收。
 
2、滤波器件
 
a、电容(通用电容、三端电容)
 
b、电感(通用电感、共模电感、磁珠)
 
c、电阻
 
EMC PCB 设计
 
1、PCB设计
 
a、布局:同类电路布在一块、控制最小路径原则、高速电路间不要靠近小面板、电源模块靠近进单盘的位置
 
b、分层:高速布线层必须靠近一层地、电源与地相邻、元件面下布一层地、近可能将两个表层布地层、内层比表层缩进20H
 
c、布线:3W原则、差分对线等长,靠近走、高速或敏感线不能 跨分割区
 
d、接地:同类电路单独分布地,在单板上单点相连
 
e、滤波:电源模块、功能电路设计板级虑波电路
 
f、接口电路设计:接口电路设计滤波电路、实现内外有效隔离
 
2、布局的基本原则:
 
a、参照原理功能框图,基于信号流向,按照功能模块划分
 
b、数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分开布局
 
c、单板焊接面避免放置敏感器件或强辐射器件
 
d、敏感信号、强辐射信号回路面积最小
 
e、晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件远离单板拉手条、对外接口连接器、敏感器件放置,推荐距离≥1000mil
 
f、敏感器件:远离强辐射器件,推荐距离≥1000mil
 
g、隔离器件、A/D器件:输入、输出互相分开,无耦合通路(如相邻的参考平面),最好跨接于对应的分割区
 
3、特殊器件布局
 
a、电源部分(置于电源入口处)
 
b、时钟部分(远离开口,靠近负载,布线内层)
 
c、电感线圈(远离EMI源)
 
d、总线驱动部分(布线内层,远离开口,靠近宿)
 
e、滤波器件(输入、输出分开,靠近源,引线短)
 
4、滤波电容的布局:BULK电容:
 
a、所有分支电源接口电路
 
b、功耗大的元器件附近
 
c、存在较大电流变化的区域,如电源模块的输入和输出端、风 扇、继电器等
 
d、PCB电源接口电路
 
5、去藕电容的布局:
 
a、靠近电源管脚
 
b、位置、数量适当
 
6、接口电路的布局的基本原则:
 
接口信号的滤波、防护和隔离等器件靠近接口连接器放置,先防护,后滤波
 
接口变压器、光耦等隔离器件做到初次级完全隔离
 
变压器对应的BOTTOM层区域尽可能没有其它器件放置
 
接口芯片(网口、E1/T1口、串口等)尽量靠近变压器或连接器放置
 
7、布线
 
走线短,不同类走线间距宽(信号及其回流线、差分线、屏蔽地线除外),过孔少,无环路,回路面积小,无线头
 
无直角,对关键信号线优先采用圆弧倒角

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