電磁相容干擾原理及PCB EMC設計準則!

2021-09-29 14:32:07 字數 2154 閱讀 6698

pcb 電磁干擾原理

電子產品單板pcb對外產生的干擾既可能是差模干擾,也可能是共模干擾。產生干擾的原因是單板pcb上存在著對應的共模(cm)干擾電流和差摸(dm)干擾電流。單板上產生的干擾以傳導或輻射的方式對外形成發射,從而導致產品emc問題。

共模干擾電流與差模干擾電流如下面兩個圖所示:

對於共模干擾(common-mode)電流,是指兩導線上的干擾電流振幅相等,而方向相同。如下圖所示,在通過分布引數,與地參考平面形成了共模環路,就有共模電流在環路流過。

對於差模干擾(differential-mode)電流,是指兩導線上的干擾電流,振幅相等,方向相反。如下圖所示,差分訊號對之間的電流以及訊號和其對於的地上回流,就屬於差模電流。

根據電磁場理論,差摸干擾電流,訊號和回流電流都是相互反方向的,差摸電流存在180度的相位差,因此差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的迴路面積之內,而迴路面積之外的磁力線會相互抵消。共模電流方向是相同的,在迴路面積之外,共模電流產生的磁場方向相同,磁場強度反而加強。通常產品對外的干擾多以共模為主。

要精確計算pcb對外的輻射很難,業界通常根據pcb上差模電流和共模電流近似的輻射天線模型,來計算對外干擾的場強大小,即pcb中輻射出來的rf能量。

pcb單板上有許多訊號環路,如訊號與訊號地之間環路,電源與其相應地之間的環路,都

是差模電流環路。計算差模輻射強度時,可以近似等效為環天線模型。

環天線模型的輻射強度由下式計算:

e=263*10-16f2ai/r

其中e:電場強度(v/m); f :電流的頻率(mhz);a:電流的環路面積(cm2);i :電流的強度(ma)

r :測試點到電流環路的距離(m)

pcb單板上也存在共模訊號環路,如外接電纜與大地之間的環路,就是共模電流環路。計算共模輻射強度時,可以近似等效為單級天線模型,也有稱為棒天線模型。

單極天線模型的輻射強度由下式計算:e=12.6*10-7fil/r

其中e:電場強度(v/m);f :電流的頻率(mhz); l:電纜的長度(m)i :電流的強度(ma)

r :測試點到電流環路的距離(m)

由於在pcb單板上存在差模干擾和共模干擾,在pcb布局與佈線時,需要根據上述干擾的原理,盡量減小差模訊號環路面積,減小共模電流,來降低單板pcb對外的干擾。

pcb emc設計原則

根據電磁相容要求,產品需要通過pcb設計,來降低單板對外的電磁干擾,同時需要抑制外來的電磁干擾。因此在pcb設計時需要注重以下幾個大原則:

1、需要減小單板的走線長度以及走線差模環路面積,因為差模環路面積越大,對外的干擾越大,同時單板的抗干擾能力也越弱;

2、注意單板的地設計,需要降低單板的地阻抗,減小單板的共模電壓幅度,降低對外的輻射干擾,同時降低外來干擾在單板上形成的共模電壓差;

3、注意**擾模組與其他數位電路以及模擬電路的距離,因為距離越遠,相互之間干擾耦合越小;

4、注重元器件的布局和走線設計,因為單板pcb走線在高頻電磁干擾情況下,就是天線,容易導致對外的輻射以及耦合外來干擾。

pcb emc設計流程與步驟

根據單板的特點,在pcb設計時,按照如下順序進行:

1、首先了解pcb上功能實現原理,根據不同的電路功能進行模組的劃分;

2、了解pcb上各個功能電路之間的連線關係,考慮走線的順暢;

3、確定pcb上各個功能模組內主要器件的位置擺放;

4、確定pcb上地分割以及地之間的連線關係;

5、進行重要功能器件以及濾波器件的布局;

6、進行單板的佈線設計。

電磁相容的PCB設計(六)

接地方法 共模電流 cm 差模電流 dm 在電路中,都會存在共模電流和差模電流,兩種型別電流決定著rf能量的產生和傳播,通常來說,這兩中電流是同時存在的。差模訊號載有資料或功能訊號,共模只是伴隨效應或差模訊號的副產品,但卻是emc達標的最麻煩最困難的問題。有差模電流產生的輻射,包括著訊號和回流電流產...

電磁相容的PCB設計(七)

在單板設計中,電源 地平面均能作為參考平面,都有一定的遮蔽作用 但電源平面存在較高的特性阻抗,與參考電平存在較大的電位差,而地平面一般均作了接地處理,並作為基準電平參考點,遮蔽效果優於電源平面,所以一些特殊 重要的訊號應盡量採用地平面作為參考平面。對於區域性訊號要求較高的情況下 如 pcie ra ...

如何解決PCB電磁干擾的問題

有人說過,世界上只有兩種電子工程師 經歷過電磁干擾的和沒有經歷過電磁干擾的。伴隨著pcb走線速遞的增加,電磁相容設計是我們電子工程師不得不考慮的問題。面對乙個設計,當進行乙個產品和設計的emc分析時,有以下5個重要屬性需考慮 關鍵器件尺寸 產生輻射的發射器件的物理尺寸。射頻 rf 電流將會產生電磁場...