电路板级的电磁兼容设计课件.ppt

计算机应用系统设计 ——电路板级的电磁兼容设计 本章目的 从元件选择、电路设计和印制电路板的布线等几个方面讨论电路板级的电磁兼容性（EMC）设计。 第一部分：电磁兼容性的概述 第二部分：元件选择和电路设计技术 第三部分：印制电路板的布线技术 第一部分 电磁干扰和兼容性的概述 1．电磁环境的组成 2． 电磁兼容性的费用 1．电磁环境的组成 一个简单的电磁干扰模型由三个部分组成： 电磁干扰源 耦合路径 接收器 电磁干扰模型的组成如图一所示。 电磁干扰源 电磁干扰源包括微处理器、微控制器、静电放电、传送器、瞬时功率执行元件 在一个微控制器系统里，时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被分散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300MHZ的谐波干扰。 耦合路径 噪声被耦合到电路中最简单的方式是通过导体的传递 耦合也能发生在有共享负载（阻抗）的电路中 例如，两个电路共享一条提供电源电压导线，并且共享一条接地的导线。 接收器（受体） 所有的电子电路都可以接受传送的电磁干扰。虽然一部分电磁干扰可通过射频被直接接受，但大多数是通过瞬时传导被接受的。 2． 电磁兼容性的费用 最经济有效的电磁兼容性设计方法，是在设计的早期阶段充分考虑评估电磁兼容性的技术要求（见图2）。 第二部分 元件的选择和电路设计技术 元件的选择和电路设计是影响板级电磁兼容性性能的主要因素。 ? 元件组 ? 集成电路 ? 微控制器电路  元件组: 与有引脚的元件相比，无引脚且表面贴装的元件的寄生效果要小一些 1．电阻 由于表面贴装元件具有低寄生参数的特点，因此，表面贴装电阻总是优于有引脚电阻。对于有引脚的电阻，应首选碳膜电阻，其次是金属膜电阻，最后是线绕电阻。 2．电容 铝质电解电容通常是在绝缘薄层之间以螺旋状缠绕金属箔而制成，这样可在单位体积内得到较大的电容值，但也使得该部分的内部感抗增加。 钽电容由一块带直板和引脚连接点的绝缘体制成，其内部感抗低于铝电解电容。 陶质电容的结构是在陶瓷绝缘体中包含多个平行的金属片。其主要寄生为片结构的感抗，并且通常这将在低于MHz的区域造成阻抗。 绝缘材料的不同频响特性意味着一种类型的电容会比另一种更适合于某种应用场合。 铝电解电容和钽电解电容适用于低频终端，主要是存储器和低频滤波器领域。在中频范围内（从KHz到MHz），陶质电容比较适合，常用于去耦电路和高频滤波。特殊的低损耗（通常价格比较昂贵）陶质电容和云母电容适合于甚高频应用和微波电路。 为得到最好的EMC特性，电容具有低的ESR（Equivalent Series Resistance，等效串联电阻）值是很重要的，因为它会对信号造成大的衰减，特别是在应用频率接近电容谐振频率的场合。 a）旁路电容 旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。 b）去耦电容 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。 陶瓷电容常被用来去耦，其值决定于最快信号的上升时间和下降时间 c）电容谐振 3．电感 电感是一种可以将磁场和电场联系起来的元件，其固有的、可以与磁场互相作用的能力使其潜在地比其他元件更为敏感。 两种基本类型的电感：开环和闭环。 开环电感的磁场穿过空气，这将引起辐射并带来电磁干扰（EMI）问题。在选择开环电感时，绕轴式比棒式或螺线管式更好，因为这样磁场将被控制在磁芯（即磁体内的局部磁场）。 对闭环电感来说，磁场被完全控制在磁心，因此在电路设计中这种类型的电感更理想，当然它们也比较昂贵。 电感比起电容和电阻而言的一个优点是它没有寄生感抗，因此其表面贴装类型和引线类型没有什么差别。 电感的磁芯材料主要有两种类型：铁和铁氧体。铁磁芯电感用于低频场合（几十KHz），而铁氧体磁芯电感用于高频场合（到MHz）。因此铁氧体磁芯电感更适合于EMC应用。 4．二极管 二极管是最简单的半导体器件。由于其独特的特性，某些二极管有助于解决并防止与EMC相关的一些问题。表2列出了典型的二极管。 二极管的应用 许多电路为感性负载，在高速开关电流的作用下，系统中产生瞬态尖峰电流。二极管是抑制尖峰电压噪声源的最有效的器件之一。 在汽车控制应用中，无论有刷还是无刷电机，当电机运行时，都将产生电刷噪声或换向噪声。因此需要噪声抑制二极管，为了改进噪声抑制效果，二极管应尽量靠近电机接点。 ? 集成电路 现代数字集成电路（IC）主要使用CMOS工艺制造。CMOS器件的静态功耗