主营产品:静电放电发生器静电放电枪雷击浪涌发生器群脉冲发生器数显维氏硬度计标准光源箱
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EMI/EMC设计经典70问答(三)


33、PCB设计时,为何要铺铜?
答:一般铺铜有几个方面原因:
1,EMC.对于大面积的地或电源铺铜,会起到屏蔽作用,有些特殊地,如PGND起到防护作用。
2,PCB工艺要求。一般为了保证电镀效果,或者层压不变形,对于布线较少的PCB板层铺铜。
3,信号完整性要求,给高频数字信号一个完整的回流路径,并减少直流网络的布线。
当然还有散热,特殊器件安装要求铺铜等等原因。
34、安规问题:FCC、EMC的具体含义是什么?
答: FCC: federal communication commission 美国通信委员会;EMC: electro megnetic compatibility 电磁兼容。FCC是个标准组织,EMC是一个标准。标准颁布都有相应的原因,标准和测试方法。
35、在做pcb板的时候,为了减小干扰,地线是否应该构成闭和形式?
答:在做PCB板的时候,一般来讲都要减小回路面积,以便减少干扰,布地线的时候,也不 应布成闭合形式,而是布成树枝状较好,还有就是要尽可能增大地的面积。


36、PCB设计中,如何避免串扰?
答:变化的信号(例如阶跃信号)沿传输线由A到B传播,传输线C-D上会产生耦合信号,变化的信号一旦结束也就是信号恢复到稳定的直流电平时,耦合信号也就不存在了,因此串扰仅发生在信号跳变的过程当中,并且信号沿的变化(转换率)越快,产生的串扰也就越大。空间中耦合的电磁场可以提取为无数耦合电容和耦合电感的集合,其中由耦合电容产生的串扰信号在受害网络上可以分成前向串扰和反向串扰Sc,这个两个信号极性相同;由耦合电感产生的串扰信号也分成前向串扰和反向串扰SL,这两个信号极性相反。
耦合电感电容产生的前向串扰和反向串扰同时存在,并且大小几乎相等,这样,在受害网络上的前向串扰信号由于极性相反,相互抵消,反向串扰极性相同,叠加增强。串扰分析的模式通常包括默认模式,三态模式和*坏情况模式分析。默认模式类似我们实际对串扰测试的方式,即侵害网络驱动器由翻转信号驱动,受害网络驱动器保持初始状态(高电平或低电平),然后计算串扰值。这种方式对于单向信号的串扰分析比较有效。三态模式是指侵害网络驱动器由翻转信号驱动,受害的网络的三态终端置为高阻状态,来检测串扰大小。这种方式对双向或复杂拓朴网络比较有效。*坏情况分析是指将受害网络的驱动器保持初始状态,仿真器计算所有默认侵害网络对每一个受害网络的串扰的总和。这种方式一般只对个别关键网络进行分析,因为要计算的组合太多,仿真速度比较慢。
37、在EMC测试中发现时钟信号的谐波超标十分严重,只是在电源引脚上连接去耦电容。在PCB设计中需要注意哪些方面以抑止电磁辐射呢?
答: EMC的三要素为辐射源,传播途径和受害体。传播途径分为空间辐射传播和电缆传导。所以要抑制谐波,首先看看它传播的途径。电源去耦是解决传导方式传播,此外,必要的匹配和屏蔽也是需要的。
38、在PCB设计中,通常将地线又分为保护地和信号地;电源地又分为数字地和模拟地,为什么要对地线进行划分?
答:划分地的目的主要是出于EMC的考虑,担心数字部分电源和地上的噪声会对其它信号,特别是模拟信号通过传导途径有干扰。至于信号的和保护地的划分,是因为EMC中ESD静放电的考虑,类似于我们生活中避雷针接地的作用。无论怎样分,*终的大地只有一个。只是噪声泻放途径不同而已。
39、PCB设计中,在布时钟时,有必要两边加地线屏蔽吗?
答:是否加屏蔽地线要根据板上的串扰/EMI情况来决定,而且如对屏蔽地线的处理不好,有可能反而会使情况更糟。
40、近端串扰和远端串扰与信号的频率和信号的上升时间是否有关系?是否会随着它们变化而变化?如果有关系,能否有公式说明它们之间的关系?
答:应该说侵害网络对受害网络造成的串扰与信号变化沿有关,变化越快,引起的串扰越大,(V=L*di/dt)。串扰对受害网络上数字信号的判决影响则与信号频率有关,频率越快,影响越大。
41、在设计PCB板时,有如下两个叠层方案: 叠层1 》信号 》地 》信号 》电源+1.5V 》信号 》电源+2.5V 》信号 》电源+1.25V 》电源+1.2V 》信号 》电源+3.3V 》信号 》电源+1.8V 》信号 》地 》信号 叠层2 》信号 》地 》信号 》电源+1.5V 》信号 》地 》信号 》电源+1.25V +1.8V 》电源+2.5V +1.2V 》信号 》地 》信号 》电源+3.3V 》信号 》地 》信号
哪一种叠层顺序比较优选?对于叠层2,中间的两个分割电源层是否会对相邻的信号层产生影响?这两个信号层已经有地平面给信号作为回流路径。
答:应该说两种层叠各有好处。**种保证了平面层的完整,**种增加了地层数目,有效降低了电源平面的阻抗,对抑制系统EMI有好处。 理论上讲,电源平面和地平面对于交流信号是等效的。但实际上,地平面具有比电源平面更好的交流阻抗,信号优选地平面作为回流平面。但是由于层叠厚度因素的影响,例如信号和电源层间介质厚度小于与地之间的介质厚度,**种层叠中跨分割的信号同样在电源分隔处存在信号回流不完整的问题。
42、在使用protel 99se软件设计PCB时,处理器的是8?C51,晶振12MHZ 系统中还有一个40KHZ的超声波信号和800hz的音频信号,此时如何设计PCB才能提供高抗干扰能力?对于89C51等单片机而言,多大的信号的时候能够影响89C51的正常工??除了拉大两者之间的距离之外,还有没有其它的技巧来提高系统抗干扰的能力?
答: PCB设计提供高抗干扰能力,当然需要尽量降低干扰源信号的信号变化沿速率,具体多高频率的信号,要看干扰信号是那种电平,PCB布线多长。除了拉开间距外,通过匹配或拓扑解决干扰信号的反射,过冲等问题,也可以有效降低信号干扰。
43、请问在PCB 布线中电源的分布和布线是否也需要象接地一样注意。若不注意会带来什么样的问题?会增加干扰么?
答:电源若作为平面层处理,其方式应该类似于地层的处理,当然,为了降低电源的共模辐射,建议内缩20倍的电源层距地层的高度。如果布线,建议走树状结构,注意避免电源环路问题。电源闭环会引起较大的共模辐射。
44、我做了个TFT LCD的显示屏,别人在做EMC测试时,干扰信号通过空间传导过来,导致屏幕显示的图象会晃动,幅度挺大的。谁能指点下,要怎么处理!是在几股信号线上加干扰脉冲群,具体是叫什么名字我也不太清楚,干扰信号通过信号线辐射出来的。
答:如果是单独的LCD,EMC测试中的脉冲群试验几乎是过不去的,特别是用耦合钳的时候,会够你受的了。如果是仪器中用到了LCD,就不难解决了,例如信号线的退耦处理,导电膏适当减小LCD入口的阻抗,屏表面加屏蔽导电丝网等。
45、前段时间EMC测试,GSM固定无线电话在100MHz-300MHz之间有辐射杂散现象。之后,公司寄给我两部喷有静电漆的屏蔽外壳话机,实验室不准换整部话机,我就把喷有铁磁性材料的静电漆的外壳换到了要修改测试的话机上。测试结果显示以前的杂散现象没有了,但是主频出现了问题,话机工作的主频是902MHz,但在905-910MHz之间又出现了几个频率,基本情况就是这样。修改过程中,我只换了外壳,电路板和其他硬件都没有做任何修改 。
答:话机种类可以理解为:无线手机、无绳电话等等。需要明确一下:话机的类型、主机工作频率范围以及机壳静电喷涂材料的类型:如铁磁类或非铁磁类导电材料以及导电率等 。

46、使用Protel Dxp实心敷铜时选pour over all same net objects有什么副作用?会不会引起干扰信号在整块板上乱窜,从而影响性能?我做的是一块低频的数据采集卡,这个问题可能不需要担心,但还是想搞清楚。
答1:对于模、数混合的PCB板,模、数、地建议分开,*后再同点接地,如用“瓷珠”或0欧电阻连接。高速的数据线*好有两根地线平行走,可以减少干扰。
答2:pour over all same net objects对信号的性能没有什么影响,只是对一些焊盘的焊接有影响,散热比较快。这样做对EMI应该是有好处的。增加焊盘与铜的接触面积。
答3:实心敷铜时选pour over all same net objects不会有副作用。应该选择为铺花焊盘而不是实心焊盘,因为实心焊盘散热快,可能导致回流焊时发生立碑的情况。
47、请问什么是磁珠,有什么用途?磁珠连接、电感连接或者0欧姆电阻连接又是什么 ?
答:磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。
磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过错50MHZ。
磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干 扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。
要正确的选择磁珠,必须注意以下几点:
1、不需要的信号的频率范围为多少;
2、噪声源是谁;
3、需要多大的噪声衰减;
4、环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度);
5、电路和负载阻抗是多少;
6、是否有空间在PCB板上放置磁珠;
前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。总阻抗通过ZR22πfL()2+:=fL来描述。通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有*大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。 使用片式磁珠和片式电感的原因: 是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是*佳的选择。
48、刚才是做硬件设计的工作。请教各位怎么样确定消除导线间串扰得电容容值。
答:在PCB布线时应该注意不要有太长的平行走线,尤其是高速或高摆幅信号。如果无法避免,其间保持足够的距离或者添加地线隔离。受体积限制和抗干扰要求高的部位可用金属屏蔽合隔离。
49、在实际做产品的时候发现了一个很头疼的问题。将开发的样机放在某个干扰很厉害的车上的时候,为了解决续流的问题,讲一个小电瓶并接在汽车的电源上(加了一个二极管防止小电瓶的电压被拉跨。)但是发现一旦与汽车的打铁地线一连接,终端就会被  干  扰。有好的建议吗?
答:这是很明显的EMC问题,车上电火花干扰,导致你的终端设备被 干  扰,这个干扰可能是辐射,也可能是传导到你的终端。
这个问题很多种原因:  
1、接地问题,你的终端主板上地线的走线问题,布铜的情况
2、外壳的屏蔽问题,做好是金属外壳,将不是金属部分外壳用锡箔封上,可以一试
3、线路板的布局,电源部分和CPU部分尽量分开,电源部分走线要尽量粗,尽量短,布线规则很重要
4、线路板的层数比较重要,一般汽车上电子产品主板*好是至少4层板,两层板抗干扰可能较差
5、加磁环,你可以考虑在做试验时在电源线上套上磁环

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