EDN China > 技术文章 > 测试与测量 > 系统测试 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

将EMI/EMC控制在摇篮之中

2008年07月28日 ?? 收藏0

  0 引 言

  电子研发工程师最常采用的EMI/EMC防范措施不外乎是屏蔽、滤波、接地和布线,但是随着电子系统的集成化,在考虑成本、质量、功能,又要兼顾产品推出速度的要求下,工程师们必须在设计初始阶段就展开EMI/EMC预测分析和设计,避免在研发后期发生问题,采取挽救修补措施的被动控制方法,而收到事半功倍的效果。本文就介绍在产品设计之初,控制EMI/EMC所应考虑的问题。

  1 PCB板设计

  1.1 PCB板层数与功能分布

  当设计一个电路板时,首先要考虑的是PCB板的层数及信号、电源、地的分布。层数的决定在于功能规格、噪声抑制、信号种类、走线分布排列、阻抗匹配、有源组件密度、网络数目等。在PCB层面压制射频辐射更胜于在机壳或金属涂装于塑料壳上下功夫。

  表1显示的是电路板层数与信号、电源、地的通用分配方式。这些分配方式并非一成不变的,可依功能要求及所须绕线层数(Rounting Layers)要求适当修改。须把握的重点是每一个绕线层必定要相邻一个完整平面。

电路板层数与信号

  PCB一般都是偶数层,两层板常用于低于10 kHz频率要求。如果提供多于3个完整平面,即:一个电源两个地,将最高速clock布线于相邻ground plane且不相邻于power plane,可得最佳之EMI效果。这是PCB上抑制EMI抑制的基本观念。

  1.2电源及接地

  高速PCB板设计最重要的考虑就是把电源电压向各部分电路供电,将噪声降为最低,它就如同开发一个无干扰电源。一个好的接地其阻抗应该为零,因此可以提供一个好的参考电压给所有的电路,同时也不会有EMI的产生。实际上,真实的电源网络中,由于有非零值传递延迟的电流存在,所以于其中应该是具有一些有限的阻抗,如电阻、电感、或是电容,它们是分散于整个电路板之中。

  在高速PCB板中,另外一个问题是交流信号所产生的交变电磁场,电流流通于一个由导线所围成的闭回路,它们会使得电路的串音,以及辐射更加的严重。分散电源的效能是受到板子上电路的不同电位所决定,设计的目的是尽可能降低电源网络的阻抗。通常采用有两种方法解决,分别为利用电源总线以及电源平面。

  一般设计者倾向于使用电源总线,是因为它具有合理的成本,故为首选,但是电源总线是与信号线分享整个布局层,以及有许多的电源供应到所有的装置。通常总线为既长又窄,所以它的阻抗比较大,这就是为什么电流受限制于总线所定义的路径。由器件所产生的EMI,都是与电源总线上的器件有关联。
  
  至于电源平面因其充满了整个布局层,并且电源平面的阻抗是为电源总线一小部分。在电源平面上,因为电流路径没有受到限制,所以噪声电流是分散的。所沿行的路径阻抗也较低,所以电源平面较电源总线安静。电源平面的另外一个功能,是于系统中对于所有的信号提供均有一条返回路径,可以用来限制许多高速噪声的问题。

  在低速时,电流流向最低电阻的路径,在高速时,在所既给的返回电流路径的电感是远低于有效的电阻,高速返回电流是走最低电感的路径,但此一路径并非是最低电阻的路径。此一最低电感返回路径是被直接的放在一个信号导通器之下,并于返回电流路径之间有一最小的总回路。电源平面提供给系统中所有的信号一个返回路径,则电流就可以经由VCC或是接地返回。

  1.3终端

  路线越短其传输延迟也越短,若是导线的长度超过电子上升边缘长度的1/6,则信号延迟就大于传输时间的有效部份,所以信号路线必须被视为是一个传输线,一个不适当的终端传输线容易造成反射,进而破坏到信号。太短的终端线,会产生一个负的反射以减慢转换时间,使数据流变慢;而太长的终端线,又会产生正反射其可被解释为一个多任务信号,由于于此频率下,具有高阻抗以及传输率,故可以与相邻的路径线路作有效的耦合。

  在线路负载端的信号可以被组合形成环型,以降低系统的速度,它也可能会造成错误的时序,甚至于破坏系统的功能。故应该将终端线的终端电阻降低,或是限制于无反射之下,使其电阻值匹配于传输线的特性阻抗时才能有效抑制反射。

  在平行终端之间并入一个具有负载特性的电阻器可以降低负载阻抗,但是它却有一个缺点,就是于正电压态输出时,有较高的电流,此电流可以通过电源以及接地两端电阻的使用,予以合理的降低,此两电阻即是所谓的Thevenin等效应;虽然此一方法是很好,但是因为电阻是介于电源与接地之间,所以需要较大的电源供应电流。

  另外一个技巧是并入电阻及电容,电容可使交流短路与直流开路,此一电路可以被参考且视为交流终端。负载终端技术的设计可以限制第一次反射。

  另外的一个选择方法是增加Zs使其等于Zo,并将Zs与电源相串联,当加入Zs之后,会使电源产生一个新的阻抗Zo。我们也可以考虑同时在电源以及负载端使用终端器 ,使接收到的一半信号,并降低巨大的反射。在数字电路中,此一技术仅是被使用于连接有接收组件的线路。


上一页1234下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

EMI? EMC? 调试?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈