电磁兼容技术基础知识5PCB的电磁兼容设计(布谷鸟声学).pptVIP

要布好线路板，减小线路板的电磁辐射，首先要搞清楚什么电路的辐射最强。在设计时重点考虑这些电路。 周期信号与随机信号的频谱：根据频谱分析的理论，周期信号的频谱为离散谱线，随机信号的频谱为连续谱。这意味着，周期信号的能量集中在有限的几个频率上，而随机信号的能量分布在无限多个频率上。因此，周期信号的能量更集中，更容易产生干扰。 产生最强辐射的是周期信号：观察一下电子设备产生的辐射频谱，可以注意到，最强的辐射肯定是单根谱线。将一块线路板的所有电路加电与仅给时钟部分加电，它们产生的最大辐射强度基本是相同的。因此，线路板上的周期信号是产生辐射最强的信号。 电路中的震荡器、时钟电路、地址总线的低位数据线、产生周期波形的功率电路（如开关电源中的开关管回路、CRT显示器的行扫描输出等）等都是强辐射电路，在设计时要特别注意。 由于周期信号是最强的辐射信号源，因此在分析解决电磁兼容问题时，如果整个设备加电不方便，只要保证时钟或周期信号部分正常工作，就可以开展工作了。因为这时，其电磁辐射状态也基本是实际最大辐射状态。 * 在分析差模辐射时，最重要的一点是知道差模电流的实际路径，从而确定差模电流的环路面积。要明确的一点是：实际的电流并不是按照你所设计的路径流动，而是选择阻抗最小的路径流动。所以，估算电流路径的实际阻抗是十分重要的一步。只要确定出最小阻抗的路径，也就确定了差模电流的路径。 电流回路的阻抗：电流回路的阻抗由两部分组成，导线的电阻和环路的电感形成的感抗。频率较低时，感抗很小，回路的阻抗主要由电阻决定。当频率较高时，电感的感抗所占比重越来越大，回路的阻抗主要由电感决定。回路的电感越大，阻抗越高。 影响回路电感的因素：根据定义，回路的电感 = ? / I， ? 是回路中的磁通量，I是回路中的电流。显然，回路的面积越大，则回路所包围的磁通量越大，电感量也越大。因此，回路的阻抗与回路的面积成正比。 实验证明：通过图中所示的实验可以更加明确在高频时回路的面积决定了回路的阻抗。有关实验的说明如下： 实验装置：同轴电缆的一端接信号发生器，频率可变；另一端接电阻负载。同轴电缆的两端外皮（金属编织层）用一根短粗的铜线连接起来，铜线的电阻和电感都很小。在铜线上套一个电流卡钳，用示波器监视铜线中电流的大小。 实验现象：将信号源的频率从低往高调，观察铜线中电流的变化。可以发现：当频率低于1kHz时，电流几乎全部走铜线，当频率高于10kHz时，电流几乎全部同轴电缆的外屏蔽层，在1kHz 和10kHz 之间，两个路径都有。 结论：高频电流总是走电感最小的路径，也就是回路面积最小的路径。 * 出于成本的考虑，在一般民用设备中都使用单层或双层印刷线路板。随着数字脉冲电路广泛应用，单层板和双层板的电磁兼容问题越来越突出。造成这种现象的主要原因之一就是信号回路面积过大。不仅产生了较强的电磁辐射，而且使电路对外界干扰敏感。要改善线路板的电磁兼容性，最简单的方法是减小关键信号的回路面积。 关键信号：从电磁兼容的角度考虑，关键信号主要指能产生较强辐射的信号和对外界敏感的信号。如前所述，能够产生较强辐射的信号是周期性信号，如时钟信号或地址的低位信号。对干扰较敏感的信号是指那些电平较低的模拟信号。 减小回路面积的方法：一种简单的方法是在关键信号线边上布一条地线，这条地线应尽量靠近信号线。这样就形成了较小的回路面积，减小差模辐射和对外界干扰的敏感度。根据前面的分析，当在信号线的旁边加一条地线后，就形成了一个面积最小的回路，信号电流肯定会取道这个回路，而不是其它地线路径。 如果是双层线路板，可以在线路板的另一面，紧靠近信号线的下面，沿着信号线布一条地线，地线尽量宽些。这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘以信号线的长度。 根据前面的讨论，双层板应毫无例外地使用地线网格，以减小地线的阻抗。当使用了地线网格后，信号线的邻近总会有一条地线，形成较小的回路面积。并且在布线时，应尽量使关键线靠近地线。只有对特别关键的线（产生很强辐射或特别敏感），才需要在紧靠着信号线的地方设置地线。 * 例一： 问题： 这种结构中回流电流的面积很大，尽管信号线很短，但回流线必须绕一个大圈，形成很大的电流环路面积，产生较强的辐射。 解决方法： 梳状地线很容易改成网格地线，只要在每条竖地线之间增加一条短 路线，就构成了地线网格，能够为每个信号电流提供一个较小的信号环路。根据前面讨论的信号环路电感，面积小的环路电感较小，也就是阻抗较小，因此，信号电流必然会取环路面积较小的路径。 例二： 问题： 68HC11的时钟信号送到74HC00，74HC00的输出返回到68HC11，这两个片子虽然靠得很近，信号线仅有5厘米长，但地线却联到了线路板的两个对角，2MHz的信号电流面积实际是整块PCB。 解决方法： 将A点与B点连接起来，