《智能电器》第六章.pptVIP

PCB与EMIPCB产生电磁干扰的机理电路中的数字信号包含的高次谐波。高速数字IC芯片内部开关元件工作状态改变过程会产生电流突变。无源电路元件和走线对不同的工作频率，会呈现完全不同的阻抗特性。对数字电路工作信号的高频段，电路将呈现完全不同的工作状态，造成电磁干扰。设计时只从单一的频率响应考虑电路元件，或只从时域特性选择元件，也有可能引起EMI。导线和PCB走线导线或PCB走线都有潜在的寄生电容和电感，影响其实际阻抗及其对频率的响应。12导线和PCB走线在DC和低频应用中基本呈现电阻特性，在高频段则主要表现为电感。PCB走线长度选择不当，可能使其寄生电感和被连接的电容元件对数字信号频谱中的某些频率产生谐振，成为一根辐射天线。EMC设计中，一般要求导线或走线长度小于特定频率电磁波波长的1/20。原因：导线（或PCB走线）及无源电路元件的频域等效无源电路元件01各种无源电路元件对高频信号都表现出不同于它们实际应有的阻抗特性。02电阻03影响电阻元件潜在特性因素是频率，低频段为电阻，高频段为电感、电阻、电容的复合。04元件材料：不同材料的电阻，存在与频域相关的限制。元件封装尺寸：电阻的封装尺寸与其寄生电容相关，在GHz频率范围内影响极大；元件安装方式：影响PCB过电压损坏，表贴安装比引线安装更易受到静电放电(ESD)事件的破坏。EMC设计中应注意的问题：电容电容器的实际特性为R-L-C串联。在工作频率低于其谐振频率时，主要表现为电容，超过谐振频率时，将呈现出电感特性而失去电容器功能。电感感抗与频率呈线性关系。在低频段，电感可等效为电阻和电感串联，不必考虑线圈匝间、层间的寄生电容。但对于高频信号，寄生电容的影响远大于电感。电路中电感用于阻断电流中的高频干扰。电感对高频信号等效为L、C并联。干扰信号频率越高，电感阻抗越大，电容的阻抗越小，干扰将通过电容偶合无法隔断。应对措施采用铁氧体铁心电感。原因铁氧体在低频时电感很小，频率超过一定值后，电感线性上升。采用这种铁心，电感线圈绕组间的电容最小。功能供电、数字（或脉冲）信号隔离、I/O连接器、共模信号隔离等。潜在电气特性绕组匝间有分布电容，层间和原、副边之间有耦合电容。变压器0201030405造成的后果1分布电容与漏感并联谐振，对电压信号频谱中接近其谐振频率的部分幅值放大，造成信号畸变和干扰。2耦合电容的耦合度随信号频率增加而增加，对快速闪变、ESD、雷电等高频信号失去隔离作用。301040203小结PCB中产生EMI的根本原因：PCB电路工作时的时变电流电流通过导线将产生磁场，而磁场穿过闭合回路时又会产生电场，从而引起EMI。时钟和数字信号电流中的高频谐波走线和无源元件对高频谐波呈现的不同阻抗特性，对电路的工作产生不同的影响。数字电路与模拟电路分开布置，分开供电；尽量加宽板上电源线和地线的线宽，以减小传导阻抗造成的各芯片间的电位差；强电区域与弱电区域严格分离。除电源必须隔离外，还应保证强电连线与弱电的连线之间最小距离不小于0.8cm，以减少串音耦合的干扰；01智能电器监控器PCB上的IC芯片大多是数字电路，它们工作时每一个逻辑状态变化都会产生一次瞬时尖峰电流浪涌，引起接地噪声。02通常这种噪声没有足够的能量，不会对PCB工作造成功能性影响。若逻辑信号的边沿速率非常高，这种尖峰电流将会影响PCB工作性能。数字IC芯片01数字IC芯片对PCB工作影响02边沿速率03边沿速率指每纳秒信号电压或电流上升或下降的幅度，单位为V/ns或A/ns。它反映了元件工作状态的切换速度，与元件的传输延时无关。04通常边沿速率都高于传输延时。但是元件速度越高，其边沿速率必然越高。01边沿速率对电路工作的影响产生宽频率范围的射频能量；信号波形畸变。02例如，一个边沿时间为1ns的5MHz信号产生的射频能量，远大于边沿时间4ns，频率为100MHz信号产生的射频能量。在保证满足设计功能和信号传送质量的要求的前提下，尽可能选用速率较低的元件。01不用比功能要求或电路实际要求速率更高的元件，是数字电路设计的基本思路。02在不降低工作频率和信号传输质量的条件下，降低时钟脉冲信号的边沿速率。03抑制边沿速率过高产生射频干扰的措施：共模电压在电源或信号的进线和回线中产生的干扰电流方向相同，而差模电压产生的电流方向相反。共模电流和差模电流不仅干扰电源和信号的电流波形，还产生磁场辐射，影响PCB的正常工作。1差模电流2共模电流3差模干扰的抑制差模电压出现在电源或信号传输的进线和回