微信号电路设计中电磁兼容影响分析论文(8)

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6.2线路板上的电磁骚扰辐射

线路板的辐射主要产生于两个源：一个是PCB走线，另一个是I/O电缆。电缆辐射往往是更主要的辐射源。因为电缆是效率很高的辐射天线。有些电缆尽管传输的信号频率很低，但由于PCB上的高频信号会耦合到电缆上，也会产生较强的高频辐射。

线路板上的辐射以共模和差模的方式辐射。

6.2.1 差模辐射

1. 差模辐射场

差模电流流过电路中的导线环路时，将引起差模辐射，这种环路相当于小环天线，能向空间辐射电、磁场，或接受电、磁场。

2. 脉冲信号差模辐射的频谱

脉冲信号差模辐射的频谱是脉冲信号的频谱与差模信号的频谱的乘积。

有的时候尽管电路的时钟信号不高，但却能产生频率很高的电磁辐射，就是因为差模辐射的频谱一直延伸到脉冲信号的全频段。

3. 减小差模辐射额方法

（1）降低电路的工作频率； （2）减小信号环路的面积； （3）减小信号电流的强度。

6.2.2 共模辐射

1. 共模辐射场

共模辐射主要是由于接地电路中存在电压降，某些部位具有高电位的共模电压，当外接电缆与这些部位连接时，就会在共模电压激励下产生共模电流，成为辐射电场的天线。

2. 脉冲信号共模辐射的频谱

与差模辐射的不同点在于，共模辐射的幅度超过一定值后开始下降，而不是保持不变。

3. 减小共模辐射额方法

（1）尽量减小激励此天线的源电压，即地电位；

（2）提供与电缆串联的高共模阻抗，即加共模扼流圈； （3）将共模电流旁路到地；

（4）电缆屏蔽层与屏蔽壳体作360°端接。

6.3印制电路板（PCB）的设计

由于PCB上的电子器件和线路的密集度不断增加，而信号的频率也不断提高，不可

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避免地会引入电磁兼容问题。PCB电磁兼容设计不仅是使电路板上各部分单元电路之间、同一系统的不同PCB之间没有相互干扰，而且要求PCB尽量减小对外界的电磁发射，从而使整机达到有关标准的要求。

在设计印制电路板时，首先要根据实际需要，选择合适的印制板类型（板材和板层），然后是确定元器件在板上的位置，再依次布局地线、电源线、高速信号线和低速信号线。

印制电路板有单面、双面和多层板之分。单面和双面板一般用于低、中密度布线的电路和集成度较低的电路。多层板适用于高密度布线、高集成度芯片的高速数字电路。

从电磁兼容的角度来说，多层板可以减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰能力。因为在多层板中，可以设置专门的电源层和地层，使信号线与地线之间的距离仅为印制线路板的层间距离。这样，板上所有信号的回路面积就可以降至最，从而有效减小差模辐射。

6.3.1 单面板

单面板制造简单，装配方便，适用于一般电路要求，不适用于要求高的组装密度或复杂的电路场合。如果PCB的布局设计合理，可以实现电磁兼容性。

当进行单面或双面板的布线时，最快的方法是先人工布好地线，然后将关键信号，如高速时钟信号或敏感电路，靠近它们的地回路布置，最后对其他电路进行布线。为了使布线从一开始就有一个明确的目标，在电路图上应给出尽量多的信息，包括：

①不同功能模块在线路板上的位置要求；

②敏感器件和I/O接口的位置要求；

③线路图上应标明不同的地线，以及对关键连线的要求；

④标明在哪些地方不同的地线可以连接起来，哪些地方不允许； ⑤哪些信号线必须靠近地线。

6.3.2 双面板

双面板适用于只要求中等组装密度的场合，安装在这类板上的元器件易于维修或更换。在高速数字电路中，应该把印制迹线作为传输线处理。常用的PCB传输线是微带线和带状线。微带线是一种用电介质将导线与接地面隔开的传输线，印制迹线的厚度、宽度和迹线与接地面间介质的厚度，以及电介质的介电常数，决定微带线特性阻抗的大小。因此，使用双面板将有利于实现电磁兼容性设计。

6.3.3 单面板和双面板几种地线的分析

1. 地线网络

平行地线概念的延伸是地线网络，这使信号可以回流的平行地线数目大幅度地增加，从而使地线电感对任何信号而言都保持最小。这种地线结构特别适用于数字电路。

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在进行线路板布线时，应首先将地线网格布好，然后再进行信号线和电源线的布线。当进行双面板布线时，如果过孔的阻抗可以忽略，可以在线路板的一面走横线，另一面走竖线。地线网格的间距也不能太大，因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径，若地线网格的间距过大，会形成较大的信号环路面积，大环路面积会引起辐射和敏感度问题。

2. 地线面

地线网格的极端形式是平行的导线无限多，构成了一个连续的导体平面，这个平面称为地线面。这在多层板中很容易实现，它能提供最小的电感，还能有效地控制串扰。它能使辐射的环路最小，这保证了PCB的最小差模辐射和对外界骚扰的敏感度。

3. 地线布线规则

由于对所有的信号线都实现最佳地线分布是不可能的，在设计时应重点考虑最重要的部分。从EMI的角度考虑，最重要的信号是高电流变化率信号，如时钟线、数据线、大功率方波震荡器等。从敏感度的角度考虑，最重要的信号是前后沿触发输入电路、时钟系统、小信号模拟放大器等。

6.4 PCB中的元件布局及走线

在PCB上有许多情况可以引起EMI，这是因为元件在特定情况下都有各自的特性。比如在高频段里，一个电阻器相当于一个电感串联上一个电阻与电结构；一个电容相当于一个电感，电阻和电容器的串联；一个电感相当阻串上一个电感与电容的并联结构。认识到元件的高频寄生特PCB设计阶段采取措施解决此类电磁兼容问题非常重要。

当PCB上的走线很长，并且频率很高，这时走线可能具有天线效应的引线和PCB上走线一样都有寄生电容和电感，这些寄生电容和电感影的阻抗并且对频率敏感。根据其寄生电感电容值和走线长度，可能会产生发射天线。一般设备的天线都设计成工作在固定频率，对应于波长的1/4或1/2，以成为有效的发射器，对走线来说要特别避免这种情况的发生。实际应要求小于特定频率波长的1/20，避免形成无意的发射源。

在纯数字电路中，电阻主要是限流作用和确定电平。寄生电容存在两端，它对极高频设计有很大的破坏，尤其在GHz的范围。

电容器通常用于电源总线去耦，旁路和储能作用。当电路上频率自谐振频率时，会出现电感特性。电容器引脚上的寄生电感将使电容器谐振频率以上时表现为电感特性而失去原有的功能。

在PCB中，电感用于对电磁干扰的控制。电感阻抗随着频率的增加加，当频率很高时，高频信号的传递就会受到影响。在解决高频时的电题时常使用铁氧体，铁氧体在抑制高频干扰时等效于一个纯电感和一个联，除了具有电感的作用外，还可以吸收消耗掉一部分高频能量，所以电感更好的抑制效果。

6.5 小结

本章主要分析了在设计线路板时的电磁兼容问题，因为元器件在工作时会产生一定

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的干扰，所以我们对各个元器件的选择也是有一定要求的。我们要做的就是尽量把线路板上的骚扰辐射降到最低。

PCB是所有精密电路设计中往往容易被忽略的一种部件。由于很少把PCB的电特性设计到电路中去，所以整个效应对电路功能可能是有害的。如果印刷电路板设计得当，它将具有减少骚扰和提高抗扰度的优点。反之，将使印刷电路板发生电磁兼容性问题。

在设计印刷电路板时，设计的目的是控制下述指标： ① 来自PCB电路的辐射；

② PCB电路与设备中的其他电路间的耦合； ③ PCB电路对外部干扰的灵敏度； ④ PCB上各种电路间的耦合。

总之，应使板上各部分电路之间不发生干扰，都能正常工作，对外辐射发射和传导发射尽可能低，外来骚扰对板上电路不发生影响。

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第7章 结论

为了营造一个良好的电磁环境，目前有关国际组织和许多国家已经对电子、电器产品规定了质量标准，不满足电磁兼容要求的产品不许进入市场，所以一个产品为了长久发展必须对电磁兼容设计予以充分的重视。电磁兼容技术的发展是人类社会科技发展之必然。本文从电磁干扰的产生入手，着重研究了接地技术、屏蔽技术，并且在总结实践经验的基础上，探究了在PCB的设计过程中应注意的问题，分析了元器件的选择、布局及走线。本文还列出了电磁兼容技术国际标准，为我国电磁兼容技术的发展奠定基础。

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