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[導讀]從屏蔽的角度,地平面一般均作了接地的處理,并作為基準電平參考點,其屏蔽效果遠遠優(yōu)于電源平面;

電源、地平面都能用作參考平面,且對內(nèi)部走線有一定的屏蔽作用;相對而言,電源平面具有較高的特性阻抗,與參考電平存在較大的電勢差,同時電源平面上的高頻干擾相對比較大;從屏蔽的角度,地平面一般均作了接地的處理,并作為基準電平參考點,其屏蔽效果遠遠優(yōu)于電源平面;

選擇參考平面時,應優(yōu)選地平面,次選電源平面。

二、磁通對消原理: 根據(jù)麥克斯韋方程,分立的帶電體或電流,它們之間的一切電的及磁的作用都是通過它們之間的中間區(qū)域傳遞的,不論中間區(qū)域是真空還是實體物質(zhì)。在PCB中磁通總是在傳輸線中傳播的,如果射頻回流路徑平行靠近其相應的信號路徑,則回流路徑上的磁通與信號路徑上的磁通是方向相反的,這時它們相互疊加,則得到了通量對消的效果。

三、磁通對消 磁通對消的本質(zhì)就是信號回流路徑的控制,具體示意圖如下

四、右手定則

如何用右手定則來解釋信號層與地層相鄰時磁通對消效果,解釋如下: 當導線上有電流流過時,導線周圍便會產(chǎn)生磁場,磁場的方向以右手定則來確定。 當有兩條彼此靠近且平行的導線,如下圖所示,其中一個導體的電流向外流出,另一個導體的電流向內(nèi)流入,如果流過這兩根導線的電流分別是信號電流和它的回流電流,那么這兩個電流是大小相等方向相反的,所以它們的磁場也是大小相等,而方向是相反的,因此能相互抵消。

五、六層板設計實例

對于六層板,優(yōu)先考慮方案3

分析: 于信號層與回流參考平面相鄰,S1、S2、S3相鄰平面,有最佳的磁通抵消效果,優(yōu)選布線層S2,其次S3、S1。

電源平面與GND平面相鄰,平面間距離很小,有最佳的磁通抵消效果和低的電源平面阻抗。主電源及其對應的地布在4、5層,層厚設置時,增大S2-P之間的間距,縮小P-G2之間的間(相應縮小G1-S2層之間的間距),以減小電源平面的阻抗,減少電源對S2的影響。 在成本要求較高的時候,可采用方案1

分析:

此種結構,由于信號層與回流參考平面相鄰,S1和S2緊鄰地平面,有最佳的磁通抵消效果; 電源平面由于要經(jīng)過S3和S2到GND平面,差的磁通抵消效果和高的電源平面阻抗; 優(yōu)選布線層S1、S2,其次S3、S4。

對于六層板,備選方案4

分析:對于局部、少量信號要求較高的場合,方案4比方案3更適合,它能提供極佳的布線層S2。

EMC屏蔽設計

1、通風孔及開口設計


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2、結構搭接縫屏蔽設計


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3、電纜從屏蔽體內(nèi)穿出

如果導體從屏蔽體中穿出去,將對屏蔽體的屏蔽效能產(chǎn)生顯著的劣化作用。這種穿透比較典型的是電纜從屏蔽體中穿出。


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4、穿出屏蔽體電纜的設計原則:

a、采用屏蔽電纜時,屏蔽電纜在出屏蔽體時,采用夾線結構,保證電纜屏蔽層與屏蔽體之間可靠接地,提供足夠低的接觸阻抗。

b、采用屏蔽電纜時,用屏蔽連接器轉(zhuǎn)接將信號接出屏蔽體,通過連接器保證電纜屏蔽層的可靠接地。

c、采用非屏蔽電纜時,采用濾波連接器轉(zhuǎn)接,由于濾波器通高頻的特性,保證電纜與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

d、采用非屏蔽電纜時,電纜在屏蔽體的內(nèi)側(或者外側)要足夠短,使干擾信號不能有效地耦合出去,從而減小了電纜穿透的影響。

e、電源線通過電源濾波器出屏蔽體,由于濾波器通高頻的特性,保證電源線與屏蔽體之間有足夠低的高頻阻抗。

f、采用光纖出線。由于光纖本身沒有金屬體,也就不存在電纜穿透的問題。

5、不良接地


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6、屏蔽材料及應用(導電布、簧片、導電橡膠)


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7、截止波導通風板


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8、良好接地


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EMC接地設計

1、接地的概念及目的

a、一是為了安全,稱為保護接地。電子設備的金屬外殼必須接大地,這樣可以避免因事故導致金屬外殼上出現(xiàn)過高對地電壓而危及操作人員和設備的安全。

b、二是為電流返回其源提供低阻抗通道,即工作接地。

c、防雷接地,為雷擊提供電流泄放。

2、接地提供信號回流


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3、單點接地

適用于工作頻率1MHz以下系統(tǒng)。


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由于地線長度的原因,共模電壓依然存在,所以單點接地適合工作頻率不高的系統(tǒng)。

4、多點接地及混合接地


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EMC濾波設計

1、濾波

a、濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈構成的頻率選擇性網(wǎng)絡,阻止某段頻率范圍內(nèi)的信號沿線傳遞。

b、 濾波電路種類:反射、吸收。

2、濾波器件

a、電容(通用電容、三端電容)

b、電感(通用電感、共模電感、磁珠)

c、電阻

3、基本的濾波形式


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4、差模濾波與共模濾波設計:


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5、電容和三端電容特性


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6、共模扼流圈


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7、鐵氧體磁珠


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EMC PCB設計

1、PCB設計

a、布局:同類電路布在一塊、控制最小路徑原則、高速電路間不要靠近小面板、電源模塊靠近進單盤的位置;

b、分層:高速布線層必須靠近一層地、電源與地相鄰、元件面下布一層地、近可能將兩個表層布地層、內(nèi)層比表層縮進20H;

c、布線:3W原則、差分對線等長,靠近走、高速或敏感線不能 跨分割區(qū);

d、接地:同類電路單獨分布地,在單板上單點相連;

e、濾波:電源模塊、功能電路設計板級慮波電路;

f、接口電路設計:接口電路設計濾波電路、實現(xiàn)內(nèi)外有效隔離。

2、布局的基本原則:

a、參照原理功能框圖,基于信號流向,按照功能模塊劃分;

b、數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局;

c、單板焊接面避免放置敏感器件或強輻射器件;

d、敏感信號、強輻射信號回路面積最小;

e、晶體、晶振、繼電器、開關電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板拉手條、對外接口連接器、敏感器件放置,推薦距離≥1000mil;

f、敏感器件:遠離強輻射器件,推薦距離≥1000mil;

g、隔離器件、A/D器件:輸入、輸出互相分開,無耦合通路(如相鄰的參考平面),最好跨接于對應的分割區(qū)。

3、特殊器件布局

a、電源部分(置于電源入口處);

b、時鐘部分(遠離開口,靠近負載,布線內(nèi)層);

c、電感線圈(遠離EMI源);

d、總線驅(qū)動部分(布線內(nèi)層,遠離開口,靠近宿);

e、濾波器件(輸入、輸出分開,靠近源,引線短)。

4、濾波電容的布局:BULK電容:

a、所有分支電源接口電路;

b、功耗大的元器件附近;

c、存在較大電流變化的區(qū)域,如電源模塊的輸入和輸出端、風 扇、繼電器等;

d、PCB電源接口電路。

5、去藕電容的布局:

a、靠近電源管腳;

b、位置、數(shù)量適當。

6、接口電路的布局的基本原則:

接口信號的濾波、防護和隔離等器件靠近接口連接器放置,先防護,后濾波

接口變壓器、光耦等隔離器件做到初次級完全隔離

變壓器與連接器之間的信號網(wǎng)絡無交叉

變壓器對應的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置

接口芯片(網(wǎng)口、E1/T1口、串口等)盡量靠近變壓器或連接器放置

7、布線

走線短,不同類走線間距寬(信號及其回流線、差分線、屏蔽地線除外),過孔少,無環(huán)路,回路面積小,無線頭

有延時要求的走線,其長度符合要求

無直角,對關鍵信號線優(yōu)先采用圓弧倒角

相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關鍵信號平行布線≤1000MIL

走線線寬無跳變或滿足阻抗一致

各國產(chǎn)品安全和EMC認證組織

-歐美:CE

-美國:FCC&UL,NEBS

-日本:VCCI

-澳大利亞:CE

-中國:CCC

-臺灣:CE

產(chǎn)品認證流程

-認證申請

-提交認證材料(認證標準、產(chǎn)品使用手冊等)

-產(chǎn)品測試

-完成測試報告

-頒發(fā)認證證書

-產(chǎn)品發(fā)布

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