《EMI和分层设计》课件.ppt

EMI和分层设计电磁干扰(EMI)是现代电子系统面临的关键挑战。分层设计是一种有效策略，用于降低EMI并提高系统性能。

EMI概述电磁干扰EMI是指来自电子设备的电磁辐射，可能干扰其他设备的功能或操作。电磁兼容性EMC（电磁兼容性）指电子设备在电磁环境中正常工作而不会产生或受到不可接受的电磁干扰的能力。EMI的管理EMI的管理旨在确保电子设备之间的兼容性，避免干扰和故障。法规和标准为了控制EMI，国际和国家机构制定了法规和标准，规定了电子设备的电磁辐射限制。

EMI产生的原因电路板的走线和元件布局。开关电源和直流-直流转换器产生的噪声。电磁干扰源，例如无线电发射器和手机。

EMI的影响电子设备干扰EMI会引起电子设备出现故障，例如数据丢失，功能失效或性能降低。无线信号干扰EMI可能导致无线通信中断或信号质量下降，例如手机信号丢失或Wi-Fi连接不稳定。音频设备噪声EMI会产生杂音，例如在音频设备中听到的嘶嘶声或嗡嗡声。医疗设备误操作EMI可能导致医疗设备出现误操作或读数错误，从而影响诊断和治疗效果。

EMI的损害11.信号干扰EMI会引起信号失真，导致数据丢失或误码。22.设备损坏过大的EMI会导致敏感元件烧毁，甚至引发火灾。33.系统不稳定EMI可能导致设备性能下降，系统无法正常工作。44.兼容性问题EMI会影响设备间的相互兼容性，导致无法正常通信。

EMI的控制原则源头控制降低发射源的强度，例如使用低辐射器件。选择具有低辐射特性的电路设计。路径控制阻断或衰减EMI的传播路径。使用屏蔽材料，例如金属外壳或屏蔽层。接收端控制降低接收端的敏感度，例如使用低噪声放大器。对接收端进行滤波，减少干扰信号的影响。综合控制将上述三种控制方法结合起来。例如，使用屏蔽层和滤波器来减少干扰。

分层设计概述分层设计是电子系统设计中一种重要方法，有助于降低复杂性，提高可靠性，并简化测试和维护。分层设计将系统划分为多个功能层，并在每个层级之间建立清晰的接口，从而实现模块化和可扩展性。

功能分层功能划分将系统功能划分为不同的层次，例如，用户界面层、业务逻辑层和数据访问层。每个层负责特定的功能，并通过明确的接口与其他层交互。模块化功能分层将系统拆分成多个模块，每个模块专注于完成特定任务。这提高了系统的可维护性和可扩展性，因为可以独立开发和测试每个模块。

电源分层1电源层电源层是为电路板提供电源的层，通常是底层。2接地层接地层是为电路板提供参考电压的层，通常位于电源层的旁边。3信号层信号层是用于传输信号的层，通常位于电源层和接地层之间。

信号分层高速信号高速信号路径应尽可能短且直接，以减少信号延迟和噪声干扰。低速信号低速信号路径可以更长，可以与高速信号路径分开布线，以避免相互干扰。模拟信号模拟信号路径应远离数字信号路径，并使用适当的隔离措施，以避免数字信号的干扰。电源信号电源信号路径应尽可能短且宽，以减少阻抗和电压降，并应与其他信号路径保持一定距离。

接地分层信号接地信号接地用于连接信号线，提供低阻抗路径，防止噪声耦合。电源接地电源接地连接电源线，提供电流返回路径，确保电流回路完整。屏蔽接地屏蔽接地将屏蔽层连接到接地平面，减少电磁干扰。安全接地安全接地连接到大地，提供安全保护，防止触电事故。

接地方案设计1单点接地将所有信号和电源接地线连接到一个点2多点接地在电路板的不同位置建立多个接地3分层接地将电路板分为多个层级，每个层级拥有独立的接地接地方案对EMI控制至关重要。单点接地易产生环路电流。多点接地可能造成接地电位不一致。分层接地能有效抑制EMI，提高信号完整性。

电源设计1电源类型选择根据系统功率要求，选择合适的电源类型，例如线性电源或开关电源。2电压和电流确定电源的输出电压和电流，满足系统组件的供电需求。3电源滤波设计电源滤波电路，抑制电源噪声，确保系统稳定运行。4电源管理设计电源管理电路，控制电源的开关，保护系统安全。5电源布线合理的电源布线，减少电磁干扰，提高系统性能。

布线设计1信号完整性避免信号反射和畸变2电源完整性确保电源电压稳定3EMI控制减少电磁干扰布线设计对于EMI控制至关重要。它直接影响信号完整性和电源完整性。信号完整性是指信号在电路中的传播情况，包括信号延迟、反射、失真等。电源完整性是指电源电压的稳定性，包括电压降、噪声等。

屏蔽设计屏蔽罩屏蔽罩可以有效地隔离电子元件和电路板，防止电磁辐射外泄。屏蔽材料常用的屏蔽材料包括金属板、金属网、导电塑料等。屏蔽效果屏蔽效果取决于屏蔽材料的类型、厚度、接地方式等因素。屏蔽设计原则尽量使用金属屏蔽屏蔽罩应完整封闭屏蔽罩应良好接地

PCB设计方法分层设计将PCB分为不同层，例如电源层、信号层和接地层。通过分层设计，可以有效控制信号完整性和电源完整性。布局布线根据电路板的功能和性能要求