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关于硬件EMC的规范讲解!

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电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。EMC就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。广义的电磁兼容控制技术包括抑制干扰源的发射和提高干扰接收器的敏感度,但已延伸到其他学科领域。

本规范重点在单板的EMC设计上,附带一些必需的EMC知识及法则。在印制电路板设计阶段对电磁兼容考虑将减少电路在样机中发生电磁干扰。问题的种类包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射和通过由互连布线和印制线形成的回路拾取噪声等。

在高速逻辑电路里,这类问题特别脆弱,原因很多: 

1、电源与地线的阻抗随频率增加而增加,公共阻抗耦合的发生比较频繁;

2、信号频率较高,通过寄生电容耦合到步线较有效,串扰发生更容易;

3、信号回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长相比拟,辐射更加显著。

4、引起信号线路反射的阻抗不匹配问题。

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01

总体概念及考虑 

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1、五一五规则,即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns,则PCB板须采用多层板。 

2、不同电源平面不能重叠。 

3、公共阻抗耦合问题。 

模型:

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   由于地平面电流可能由多个源产生,感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电的抗扰度。

解决办法:
①模拟与数字电路应有各自的回路,最后单点接地; 
②电源线与回线越宽越好;
③缩短印制线长度; 
④电源分配系统去耦。

4、减小环路面积及两环路的交链面积。

5、一个重要思想是:PCB上的EMC主要取决于直流电源线的Z

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02

布局 

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下面是电路板布局准则: 

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1、 晶振尽可能靠近处理器 

2、 模拟电路与数字电路占不同的区域 

3、 高频放在PCB板的边缘,并逐层排列

4、 用地填充空着的区域


03

布线 

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1、电源线与回线尽可能靠近,最好的方法各走一面。 

2、为模拟电路提供一条零伏回线,信号线与回程线小与5:1。

3、针对长平行走线的串扰,增加其间距或在走线之间加一根零伏线。 

4、手工时钟布线,远离I/O电路,可考虑加专用信号回程线。

5、关键线路如复位线等接近地回线。 

6、为使串扰减至最小,采用双面#字型布线。

7、高速线避免走直角。 

8、强弱信号线分开。


04

屏蔽   

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1、屏蔽 > 模型:

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屏蔽效能SE(dB)=反射损耗R(dB)+吸收损耗A(dB) 

高频射频屏蔽的关键是反射,吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。

 2、工作频率低于1MHz时,噪声一般由电场或磁场引起,(磁场引起时干扰,一般在几百赫兹以内),1MHz以上,考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC模块等。更大的涉及单板间、子架、机架的屏蔽。

3、 静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的,只要求高电导率材料和接地两点。电磁屏蔽不要求接地,但要求感应电流在上有通路,故必须闭合。磁屏蔽要求高磁导率的材料做 封闭的屏蔽体,为了让涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消达到吸收的目的,对材料有厚度的要求。高频情况下,三者可以统一,即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。

4、对低频,高电导率的材料吸收衰减少,对磁场屏蔽效果不好,需采用高磁导率的材料(如镀锌铁)。

5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。

6、磁耦合感应的噪声电压UN=jwB.A.coso=jwM.I1,(A为电路2闭合环路时面积;B为磁通密度;M为互感;I1为干扰电路的电流。降低噪声电压,有两个途径,对接收电路而言,B、A和COS0必须减小;对干扰源而言,M和I1必须减小。双绞线是个很好例子。它大大减小电路的环路面积,并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。

7、防止电磁泄露的经验公式:缝隙尺寸<λmin/20。好的电缆屏蔽层覆视率应为70%以上。



05

接地 

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1、300KHz以下一般单点接地,以上多点接地,混合接地频率范围50KHz~10MHz。另一种分法是:< 0.05λ单点接地;< 0.05λ多点接地。 

2、好的接地方式:树形接地

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3、信号电路屏蔽罩的接地。

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 接地点选在放大器等输出端的地线上。

 4、对电缆屏蔽层,L< 0.15λ时,一般均在输出端单点接地。L<0.15λ时,则采用多点接地,一般屏蔽层按0.05λ或0.1λ间隔接地。混合接地时,一端屏蔽层接地,一端通过电容接地。

5、对于射频电路接地,要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是λ/4波长的奇数倍时,阻抗会很高,同时相当λ/4天线,向外辐射干扰信号。

6、单板内数字地、模拟地有多个,只允许提供一个共地点。

7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。



06

滤波 

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1、选择EMI信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份,解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通滤波器、连接器滤波器。从电路形式分,有单电容型、单电感型、L型、π型。π型滤波器通带到阻带的过渡性能最好,最能保证工作信号质量。

一个典型信号的频谱:

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2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰,既防止EMI进入电网,危害其它电路,又保护设备自身。它不衰减工频功率。DM(差摸)干扰在频率 < 1mhz时占主导地位。cm在> 1MHz时,占主导地位。

3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上,用作高频电路的去耦,滤波以及寄生振荡的抑制。

4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF),对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC转换器的输出进行滤波(uF)。

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注意减小电容引线电感,提高谐振频率,高频应用时甚至可以采取四芯电容。电容的选取是非常讲究的问题,也是单板EMC控制的手段。


来源:电磁兼容之家
电源电路电磁兼容芯片电场材料控制
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首次发布时间:2026-02-26
最近编辑:7月前
电磁兼容之家
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关于等效电路图画法,不得不学的几个小窍门!

等效电路又称“等值电路”。在同样给定条件下,可代替另一电路且对外性能不变的电路。电机、变压器等电气设备的电磁过程可用其相应的等效电路来分析研究。等效电路是将一个复杂的电路,通过电阻等效、电容等效,电源等效等方法,化简成具有与原电路功能相同的简单电路。这个简单的电路,称作原复杂电路的等效电路 。 等效电路的画法步骤 (1)认真审题,在草稿纸上画出原图,并把开关的状态、滑动变阻器的滑片所处的位置依题意画下。 (2)根据电流路径的优先走法,把没有电流经过的元件用橡皮擦擦掉,同时将断开的开关及与其串联的元件擦掉,闭合的开关用导线代替。 (3)正确分析电路的连接方式,明确电流表测哪部分电路的电流,电压表测谁的电压,再将电路图整理,即画出了等效电路图。 (4)把已知条件尽可能标注在等效电路图上。 (5)找出所求的物理量与哪个等效图对应,然后根据串、并联电路的特点,特别注意电源电压不变,定值电阻的阻值不变,正确运用电学公式来分析解答。 等效电路的画图技巧 01、首尾相接法 第一种方法叫首尾相接法,如果是全都是首尾相连就一定是串联,如果是首首相连,尾尾相接,就一定是并联。如果是既有首尾相连,又有首首相连,则一定是混联。 02、电流流向法 第二种方法叫电流流向法,根据电流的流向,来判断和串并联的特点,来判断串联、并联和混联电路。 03、手捂法 第三种方法,叫手捂法,含义是任意去掉一个用电器,其他用电器都不能工作的一定是串联;任意去掉一个用电器,其他用电器都能工作就一定是并联;任意去掉一个用电器,其他用电器部分能工作的一定是混联。 04、节点法 (1)标出等势点。依次找出各个等势点,并从高电势点到低电势点顺次标清各等势点字母。 (2)捏合等势点画草图。即把几个电势相同的等势点拉到一起,合为一点,然后假想提起该点“抖动”一下,以理顺从该点向下一个节点电流方向相同的电阻,这样逐点依次画出草图。画图时要注意标出在每个等势点处电流“兵分几路”及与下一个节点的联接关系。 (3)整理电路图。要注意等势点、电阻序号与原图一一对应,整理后的等效电路图力求规范,以便计算。 八种画法详解 1.伸缩导线法若导线上两点间无用电器连接,则可将这两点间的导线伸长或缩短,甚至可缩成一点。例1:把图1电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:因B与D两点、A与C两点间无用电器,故可将BD、AC导线缩短。先将导线BD缩成一点得图2电路,再将导线AC缩成一点得图3电路,最后经处理可得等效电路如图4。2.拽拉导线法将电路中的连接点向上向下、向左向右拽拉,再经处理即可得串、并联关系明显的等效电路。例2:把图5电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:将A点先向上拉再向左拉,将B点先向下拉再向右拉得图6电路;再经处理可得图7即题中所求电路。3.合并节点法不论导线有多长,只要其间没有连接电源、用电器,则导线两端点都可看成一点,从而找出各用电器两端的公共点。此法可用于识别不规范的电路。例3:把图8电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:因AC和BD两导线上都没有连接用电器,故可把AC和BD导线看作A和B两个点处理;进而可知四个电阻并联在A、B两点之间,将这四个电阻并联接在A、B两点之间使其作为电阻公共点,即可得图10所示题中所求电路。4.移动节点法一个节点可从导线上的一处移到另一处,但不可越过电源、用电器。例4:把图11电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:将节点A向左移到左侧导线上,将节点B向右移到右侧导线上,所得图12电路即题中所求。例5:将图13电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:将节点A向上移,将节点B向下移,得图14电路即为图中所求。5.元件拆除法拆除法是识别较复杂电路的一种重要方法:串联电路——拆除一段电路上的用电器后,其他路段上的用电器不能正常工作。并联电路——拆除其中一条支路上的用电器后,其他支路上的用电器仍能正常工作。例6:把图15电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:L1拆除后得图16电路,L2拆除后得图17电路,L3拆除后得图18电路;分析三个图可知,无论拆除哪个灯泡其余灯泡均可正常发光,因此三灯是并联关系,再接着画等效电路图就不难了。6.简化电路法把断开的开关或被短路的用电器去掉的方法叫简化电路法。例7:把图19电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:去掉S、L3简化后得图20电路,拉拽导线后得图21电路即为所求。7.电表摘补法对于有电表的电路可采取电表摘补法分析:把电压表换文字内容连接处看成断路,电流表连接处看作一根导线。由于导线、开关、电流表的阻值很小,所以在电路中可以把电压表两端导线在电路中进行等效移动,在移动中电压表两端导线可以跨过电路中任何导线、开关、电流表等电阻值很小的元件,而几乎不影响电压表的读数。例8:把图22电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:电压表处看成断路,电流表处看作一根导线,摘掉电压表和电流表,得图23电路;将导线拉直,再补接上电压表和电流表所得图24电路即为所求。用电压表测电压时,测的是电路两端电压。但在某些接有电压表的电路中,电压表测的究竟是哪部分电路的电压,这一问题也可以用画等效电路图的方法来解决。8.电流走向法按电流的分流走向、用电器连接的先后关系,改画电路图的方法叫电流走向法。例9:把图25电路改画成串、并联关系明显的等效电路。解析:电流从电源正极流出,通过A点后分为三路(AB导线可缩为一点),经外电路巡行一周由D点流入电源负极。第一路经R直达D点,第二路经R2到达C点,第三路经R也到达C点;显然R2和R,在AC两点之间为并联关系;第二、三路汇合于C点经R,到达D点,可知Rz、R并联后,与R串联,再与R并联,所得图26所示电路即为题中所求。来源:电磁兼容之家

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