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    EMI/EMC設計經典70問答(三)

    日期:2025-07-05 08:08
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    摘要:33、PCB設計時,為何要鋪銅? 答:一般鋪銅有幾個方面原因: 1,EMC.對于大面積的地或電源鋪銅,會起到屏蔽作用,有些特殊地,如PGND起到防護作用。 2,PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果,或者層壓不變形,對于布線較少的PCB板層鋪銅。 3,信號完整性要求,給高頻數字信號一個完整的回流路徑,并減少直流網絡的布線。 當然還有散熱,特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。 34、安規問題:FCC、EMC的具體含義是什么? 答: FCC: federal communication commission 美國通信委員會;EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼...
    33、PCB設計時,為何要鋪銅?
    答:一般鋪銅有幾個方面原因:
    1,EMC.對于大面積的地或電源鋪銅,會起到屏蔽作用,有些特殊地,如PGND起到防護作用。
    2,PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果,或者層壓不變形,對于布線較少的PCB板層鋪銅。
    3,信號完整性要求,給高頻數字信號一個完整的回流路徑,并減少直流網絡的布線。
    當然還有散熱,特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。
    34、安規問題:FCC、EMC的具體含義是什么?
    答: FCC: federal communication commission 美國通信委員會;EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容。FCC是個標準組織,EMC是一個標準。標準頒布都有相應的原因,標準和測試方法。
    35、在做pcb板的時候,為了減小干擾,地線是否應該構成閉和形式?
    答:在做PCB板的時候,一般來講都要減小回路面積,以便減少干擾,布地線的時候,也不 應布成閉合形式,而是布成樹枝狀較好,還有就是要盡可能增大地的面積。


    36、PCB設計中,如何避免串擾?
    答:變化的信號(例如階躍信號)沿傳輸線由A到B傳播,傳輸線C-D上會產生耦合信號,變化的信號一旦結束也就是信號恢復到穩定的直流電平時,耦合信號也就不存在了,因此串擾僅發生在信號跳變的過程當中,并且信號沿的變化(轉換率)越快,產生的串擾也就越大。空間中耦合的電磁場可以提取為無數耦合電容和耦合電感的集合,其中由耦合電容產生的串擾信號在受害網絡上可以分成前向串擾和反向串擾Sc,這個兩個信號極性相同;由耦合電感產生的串擾信號也分成前向串擾和反向串擾SL,這兩個信號極性相反。
    耦合電感電容產生的前向串擾和反向串擾同時存在,并且大小幾乎相等,這樣,在受害網絡上的前向串擾信號由于極性相反,相互抵消,反向串擾極性相同,疊加增強。串擾分析的模式通常包括默認模式,三態模式和*壞情況模式分析。默認模式類似我們實際對串擾測試的方式,即侵害網絡驅動器由翻轉信號驅動,受害網絡驅動器保持初始狀態(高電平或低電平),然后計算串擾值。這種方式對于單向信號的串擾分析比較有效。三態模式是指侵害網絡驅動器由翻轉信號驅動,受害的網絡的三態終端置為高阻狀態,來檢測串擾大小。這種方式對雙向或復雜拓樸網絡比較有效。*壞情況分析是指將受害網絡的驅動器保持初始狀態,仿真器計算所有默認侵害網絡對每一個受害網絡的串擾的總和。這種方式一般只對個別關鍵網絡進行分析,因為要計算的組合太多,仿真速度比較慢。
    37、在EMC測試中發現時鐘信號的諧波超標十分嚴重,只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB設計中需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢?
    答: EMC的三要素為輻射源,傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導。所以要抑制諧波,首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導方式傳播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
    38、在PCB設計中,通常將地線又分為保護地和信號地;電源地又分為數字地和模擬地,為什么要對地線進行劃分?
    答:劃分地的目的主要是出于EMC的考慮,擔心數字部分電源和地上的噪聲會對其它信號,特別是模擬信號通過傳導途徑有干擾。至于信號的和保護地的劃分,是因為EMC中ESD靜放電的考慮,類似于我們生活中避雷針接地的作用。無論怎樣分,*終的大地只有一個。只是噪聲瀉放途徑不同而已。
    39、PCB設計中,在布時鐘時,有必要兩邊加地線屏蔽嗎?
    答:是否加屏蔽地線要根據板上的串擾/EMI情況來決定,而且如對屏蔽地線的處理不好,有可能反而會使情況更糟。
    40、近端串擾和遠端串擾與信號的頻率和信號的上升時間是否有關系?是否會隨著它們變化而變化?如果有關系,能否有公式說明它們之間的關系?
    答:應該說侵害網絡對受害網絡造成的串擾與信號變化沿有關,變化越快,引起的串擾越大,(V=L*di/dt)。串擾對受害網絡上數字信號的判決影響則與信號頻率有關,頻率越快,影響越大。
    41、在設計PCB板時,有如下兩個疊層方案: 疊層1 》信號 》地 》信號 》電源+1.5V 》信號 》電源+2.5V 》信號 》電源+1.25V 》電源+1.2V 》信號 》電源+3.3V 》信號 》電源+1.8V 》信號 》地 》信號 疊層2 》信號 》地 》信號 》電源+1.5V 》信號 》地 》信號 》電源+1.25V +1.8V 》電源+2.5V +1.2V 》信號 》地 》信號 》電源+3.3V 》信號 》地 》信號
    哪一種疊層順序比較優選?對于疊層2,中間的兩個分割電源層是否會對相鄰的信號層產生影響?這兩個信號層已經有地平面給信號作為回流路徑。
    答:應該說兩種層疊各有好處。**種保證了平面層的完整,**種增加了地層數目,有效降低了電源平面的阻抗,對抑制系統EMI有好處。 理論上講,電源平面和地平面對于交流信號是等效的。但實際上,地平面具有比電源平面更好的交流阻抗,信號優選地平面作為回流平面。但是由于層疊厚度因素的影響,例如信號和電源層間介質厚度小于與地之間的介質厚度,**種層疊中跨分割的信號同樣在電源分隔處存在信號回流不完整的問題。
    42、在使用protel 99se軟件設計PCB時,處理器的是8?C51,晶振12MHZ 系統中還有一個40KHZ的超聲波信號和800hz的音頻信號,此時如何設計PCB才能提供高抗干擾能力?對于89C51等單片機而言,多大的信號的時候能夠影響89C51的正常工??除了拉大兩者之間的距離之外,還有沒有其它的技巧來提高系統抗干擾的能力?
    答: PCB設計提供高抗干擾能力,當然需要盡量降低干擾源信號的信號變化沿速率,具體多高頻率的信號,要看干擾信號是那種電平,PCB布線多長。除了拉開間距外,通過匹配或拓撲解決干擾信號的反射,過沖等問題,也可以有效降低信號干擾。
    43、請問在PCB 布線中電源的分布和布線是否也需要象接地一樣注意。若不注意會帶來什么樣的問題?會增加干擾么?
    答:電源若作為平面層處理,其方式應該類似于地層的處理,當然,為了降低電源的共模輻射,建議內縮20倍的電源層距地層的高度。如果布線,建議走樹狀結構,注意避免電源環路問題。電源閉環會引起較大的共模輻射。
    44、我做了個TFT LCD的顯示屏,別人在做EMC測試時,干擾信號通過空間傳導過來,導致屏幕顯示的圖象會晃動,幅度挺大的。誰能指點下,要怎么處理!是在幾股信號線上加干擾脈沖群,具體是叫什么名字我也不太清楚,干擾信號通過信號線輻射出來的。
    答:如果是單獨的LCD,EMC測試中的脈沖群試驗幾乎是過不去的,特別是用耦合鉗的時候,會夠你受的了。如果是儀器中用到了LCD,就不難解決了,例如信號線的退耦處理,導電膏適當減小LCD入口的阻抗,屏表面加屏蔽導電絲網等。
    45、前段時間EMC測試,GSM固定無線電話在100MHz-300MHz之間有輻射雜散現象。之后,公司寄給我兩部噴有靜電漆的屏蔽外殼話機,實驗室不準換整部話機,我就把噴有鐵磁性材料的靜電漆的外殼換到了要修改測試的話機上。測試結果顯示以前的雜散現象沒有了,但是主頻出現了問題,話機工作的主頻是902MHz,但在905-910MHz之間又出現了幾個頻率,基本情況就是這樣。修改過程中,我只換了外殼,電路板和其他硬件都沒有做任何修改 。
    答:話機種類可以理解為:無線手機、無繩電話等等。需要明確一下:話機的類型、主機工作頻率范圍以及機殼靜電噴涂材料的類型:如鐵磁類或非鐵磁類導電材料以及導電率等 。

    46、使用Protel Dxp實心敷銅時選pour over all same net objects有什么副作用?會不會引起干擾信號在整塊板上亂竄,從而影響性能?我做的是一塊低頻的數據采集卡,這個問題可能不需要擔心,但還是想搞清楚。
    答1:對于模、數混合的PCB板,模、數、地建議分開,*后再同點接地,如用“瓷珠”或0歐電阻連接。高速的數據線*好有兩根地線平行走,可以減少干擾。
    答2:pour over all same net objects對信號的性能沒有什么影響,只是對一些焊盤的焊接有影響,散熱比較快。這樣做對EMI應該是有好處的。增加焊盤與銅的接觸面積。
    答3:實心敷銅時選pour over all same net objects不會有副作用。應該選擇為鋪花焊盤而不是實心焊盤,因為實心焊盤散熱快,可能導致回流焊時發生立碑的情況。
    47、請問什么是磁珠,有什么用途?磁珠連接、電感連接或者0歐姆電阻連接又是什么 ?
    答:磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。
    磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率范圍很少超過錯50MHZ。
    磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構(電路)中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁干 擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上,然而,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。
    要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點:
    1、不需要的信號的頻率范圍為多少;
    2、噪聲源是誰;
    3、需要多大的噪聲衰減;
    4、環境條件是什么(溫度,直流電壓,結構強度);
    5、電路和負載阻抗是多少;
    6、是否有空間在PCB板上放置磁珠;
    前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗。總阻抗通過ZR22πfL()2+:=fL來描述。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有*大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因: 是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是*佳的選擇。
    48、剛才是做硬件設計的工作。請教各位怎么樣確定消除導線間串擾得電容容值。
    答:在PCB布線時應該注意不要有太長的平行走線,尤其是高速或高擺幅信號。如果無法避免,其間保持足夠的距離或者添加地線隔離。受體積限制和抗干擾要求高的部位可用金屬屏蔽合隔離。
    49、在實際做產品的時候發現了一個很頭疼的問題。將開發的樣機放在某個干擾很厲害的車上的時候,為了解決續流的問題,講一個小電瓶并接在汽車的電源上(加了一個二極管防止小電瓶的電壓被拉跨。)但是發現一旦與汽車的打鐵地線一連接,終端就會被  干  擾。有好的建議嗎?
    答:這是很明顯的EMC問題,車上電火花干擾,導致你的終端設備被 干  擾,這個干擾可能是輻射,也可能是傳導到你的終端。
    這個問題很多種原因:  
    1、接地問題,你的終端主板上地線的走線問題,布銅的情況
    2、外殼的屏蔽問題,做好是金屬外殼,將不是金屬部分外殼用錫箔封上,可以一試
    3、線路板的布局,電源部分和CPU部分盡量分開,電源部分走線要盡量粗,盡量短,布線規則很重要
    4、線路板的層數比較重要,一般汽車上電子產品主板*好是至少4層板,兩層板抗干擾可能較差
    5、加磁環,你可以考慮在做試驗時在電源線上套上磁環

    粵公網安備 44190002002243號

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