邵小桃-电磁兼容和PCB设计Ch(VII)

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1、第2章PCB中的电磁兼容电磁兼容与PCB设计PCB设计概念PCB产生EMI的原因共模和差模电流通量消除的概念与方法本章内容2.1PCB设计概念1.定义:印刷电路板(PCB)PrintCircuitBoard产品中电路元件和器件的支撑件支持电路元件和器件之间的电气连接（1）基材和基板（2）PCB的工作层面（3）元器件的封装（4）铜膜导线（5）焊盘（6）过孔制造工艺和构成元素2.PCB基本设计构成电路设计建立元件库元件布局分层布线焊接电路测试3.高速PCB设计中的问题时序问题传输线效应信号沿时间下降信号沿时间接近0.5ns4.高速PCB设

2、计策略与设计方法（1）优化元器件的选择（2）传输线的建模（4）阻抗控制技术（5）设计空间探测技术（3）终端匹配技术设计原理原理图仿真PCB设计passSIPIEMCpassPCB性能测试PCB制版ENDNNYY5.国内外PCB设计常用工具MentorGraphics（eg.BlazeRouterVer5.0.1）Cadence(eg.ConceptHDL5.2,allegro)（高速PCB设计与仿真工具SPECCTRAQuest）PowerPCBUltraCADLatticeProtel/ProtelSEHyperLynxHyperL

3、ynx软件介绍HyperLynx软件介绍布线前的信号完整性模拟仿真布线前的信号完整性模拟仿真布线前的电磁兼容性分析布线前的串扰（Crosstalk）分析布线后的串扰（Crosstalk）分析布线后的信号完整性模拟仿真布线后的串扰（Crosstalk）分析2.2PCB产生EMI的原因电磁场基本方程组(Maxwell方程)高斯定律磁通连续性原理电磁感应定律全电流定律2.麦克斯韦(Maxwell)方程1.PCB和天线3.电流元与磁流元的关系及天线辐射特性时变的电流通常以两种形式存在：磁场源-闭合回路（小电流环）电场源-偶极子天线（电偶极子或

4、电流元）EHLoop磁场源-闭合回路（小电流环）:近区场，kr<<1,磁场占主要成分，低阻抗场。远区场,kr>>1，E/H=Z其中：I:为小电流环流过的电流，S:为小电流环的面积:为辐射方向与Z轴的夹角，r:为小电流环到辐射场的距离:为电磁波的波长，K为波数，Z为波阻抗，真空中的介电常数真空中的磁导率小电流环流过的电流I（可控制）源的辐射方向与测量点位置回路的尺寸S（可控制）小电流环到辐射场的距离r电磁波的波长，或电磁波的频率f，频率越高，辐射越强（可控制）。波阻抗Z，与空间媒质有关，媒质不同，介电常数和磁导率则不同。回路产生的电场和

5、磁场与六个因素有关：近区场，kr<<1,电场占主要成分，为高阻抗场。远区场,kr>>1DipoleEH电场源-电偶极子或电流元其中：I：为电偶极子流过的电流，dl：为电偶极子的长度为辐射方向与Z轴的夹角，r：为电偶极子到辐射场的距离为电磁波的波长，K为波数，Z为波阻抗，同上。电偶极子流过的电流I源的辐射方向与测量点位置电偶极子的长度dl电偶极子到辐射场的距离r电磁波的波长，或电磁波的频率f，频率越高，辐射越强。波阻抗Z，与空间媒质有关，媒质不同，介电常数和磁导率则不同。电流元产生的电场和磁场与六个因素有关：NearFieldFarFi

6、eldDistancefromSource(Normalizedto)WaveImpedance从上述分析可以看出，小电流环和电偶极子辐射场既有电场也有磁场，这种电场与磁场的组合有称为坡印亭矢量所以要消除和减少电磁辐射，就必须从以下几个方面入手：减少射频电流I的数量和幅度，减少电流回路的面积S以及的电偶极子的长度dl减少高频f分量，降低辐射通常时变电流，或射频电流多由时钟以及数字信号的谐波分量产生，在电路设计或PCB设计中可通过终端匹配，接地，屏蔽，旁路及取耦来达到。这些问题将在以后章节中进行讨论。电磁屏蔽分类屏蔽的分类屏蔽机理-典型

7、泄漏结构及控制要素4.PCB中产生EMI的进一步说明RF电流RF电压RF能量辐射EMI电路元件PCB走线欧姆定律：Vrf=IrfxZ回路的完整性…..EBEEBBEACorDC电流回路具有接地回路的完整电路ERF电流回路RF回路上中断点不良结构RF电流回路2.3共模电流和差模电流什么是共模电流？共模电流是RF能量的组成部分，存在于信号通路和返回通路中，相位同相。如下图所示：(一)共模电流(CM-common-modeCurrent)共模电流:Itotal=I1+I2EEI1I2负载噪声源Z2.共模信号是辐射的主要来源不包含任何有用信息

8、没有任何有用目的导致系统，如PCB走线或电缆产生单极天线其中远场分量可些为L天线长度(m)f频率（MHz）Icm共模电流（A）R距离（m）3.共模辐射共模辐射共模辐射场什么是差模电流？差模电流是RF能量的组成部分，存在于