第7讲-印刷电路板的电磁兼容问题_4学时.docxVIP

电磁兼容

ElectromagneticCompatibility

第7讲PCB的电磁兼容技术

OneexampleofdestroyedPCB

无水印

发展趋势及存在的问题

印刷电路板(PCB)作为电子产品中电路元件和器件的

电气连接的支撑元件

高速、宽带、高灵敏度、高密集度和小型化

布局布线密度增加，信号频率提高

信号在互连线上的传输具有反射、串音干扰、延迟和畸

变等

高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件、布线网络以及各种元件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源

如何处理高速信号的电磁兼容问题成为PCB设计能否成

功的关键因素

95%的EMC问题与以下因素有关

规则(regulation)

射频干扰(RFI)

静电放电(ESD)

电源骚扰(PowerDisturbance)

自兼容性(Self-compatibility)

电磁环境

PCB的EMC三要素

时钟电路，塑料封装

携带射频

(接收辐射的及传导来的

的元件的辐射，不正

能量的媒

PCB元件，这些元件将

确的布线，电线的长

介，如空

这种有害的能量传送给

度，很差的阻抗控制

间和互联

敏感电路和敏感设备，

以及联接电缆的互联

电缆

造成干扰

RECHM=R

SOURCFGOUPLINGPATH

SOURCF

GOUPLING

PATH

VCTM

干扰耦合途径

4

最容易忽略的噪声耦合方式是通过导体、导线或者PCB板的线迹进来的耦合

导体携带其他设备产生的射频噪声并传输到被保护电路

PCB研究的主要问题

布线网络本身的信号完整性，主要分析印刷线之间的互扰，及串音干扰问题

实际布线网络可能产生的电磁辐射和电磁干扰，分析印

刷线作为源向外辐射情况

电路板本身抵抗外部电磁干扰的能力，分析印刷线上作

为接收器受到的干扰程度

PCB板与外部的接口处的电磁辐射

7.2a信号完整性

信号完整性(SignalIntegrity,简称SI)是指信号线上

的信号质量

良好的信号完整性是指在需要的时候具有所必需达到的电压电平值

差的信号完整性不是由单一因素导致，而是板级设计中多种因素共同引起

无水印

7.2a信号完整性

信号完整性问题：反射、过冲、振荡、地弹、串扰等等

接收器

接收器

10pF

接收器

驱动

100pF

容性负截时延

接收器

50pF

传输线效应下的上升波形

无负载时延

信号完整性问题在低速信号的设计过程中意义并不明显，常被人们忽略。然而现代高速数字信号频率高达GHz,上升时间在50ps以内，在如此高的传输速率下，由信号走线的细微疏忽而产生的延时、接口等问题不仅在一条线上产生影响，还会将串扰加在邻近信号线甚至邻进的电路板上，严重时将使信号传输发生紊乱，使得整个系统不能正常工作。随着高速信号的迅速发展，信号完整性的重要性日益突出出来。

7.2aPCB信号完整性分析的内容

对于同一布线网络上同一信号的反射分析、阻抗匹

配分析、过冲分析、信号时序分析

对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析

现代的高速数字设计中，越来越要求PCB板具有很

好的控制阻抗特性

要求PCB上某部分的阻抗尽量为一个固定值，信号

在传输过程中畸变和衰减最小，保证信号的完整性考虑布线网络的几何拓扑结构，PCB绝缘层的电介

质特性以及每一布线层的电气特性

元水印

7.2aPCB信号完整性分析的内容

传输线不连续导致的振荡及反射

源端与负载端阻抗不匹配引起线上反射，负载将一部分

电压反射回源端

·布线的几何形状

·不正确的迹线端接

·经过连接器的传输

·电源平面的不连续传输线的不连馈性导致阻抗变化

·走线阻抗的变化

不连续性产生反射

7.2aPCB信号完整性分析的内容

信号的过冲(overshoot)就是第一个峰值或者谷值超过设

定电压

下冲(undershoot),是指下一个谷值或者峰值

过大的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早失效。过分的下冲能够引起假的时钟或者数据错误(误操作)

信号振铃(ringing)和环绕振荡(rounding)由线上过度的电感和电容引起，振铃属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态。振铃可以通过适当端接予以减小，但不可能完全消除

元水印

7.2aPCB信号完整性分析的内容

地弹(groundbounce):在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声

如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，在真正的地平面(0V)上产生电压波动和变化，影响其它元器件动作

由于地电平面(包括电源和地)分