EMI/EMC設計經(jīng)典70問(wèn)答（三）

33、PCB設計時(shí)，為何要鋪銅？
答：一般鋪銅有幾個(gè)方面原因：
１，EMC.對于大面積的地或電源鋪銅，會(huì )起到屏蔽作用，有些特殊地，如PGND起到防護作用。
２，PCB工藝要求。一般為了保證電鍍效果，或者層壓不變形，對于布線(xiàn)較少的PCB板層鋪銅。
３，信號完整性要求，給高頻數字信號一個(gè)完整的回流路徑，并減少直流網(wǎng)絡(luò )的布線(xiàn)。
當然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等等原因。
34、安規問(wèn)題：FCC、EMC的具體含義是什么？
答： FCC: federal communication commission 美國通信委員會(huì )；EMC: electro megnetic compatibility 電磁兼容。FCC是個(gè)標準組織，EMC是一個(gè)標準。標準頒布都有相應的原因，標準和測試方法。
35、在做pcb板的時(shí)候，為了減小干擾，地線(xiàn)是否應該構成閉和形式？
答：在做PCB板的時(shí)候，一般來(lái)講都要減小回路面積，以便減少干擾，布地線(xiàn)的時(shí)候，也不 應布成閉合形式，而是布成樹(shù)枝狀較好，還有就是要盡可能增大地的面積。


36、PCB設計中，如何避免串擾？
答：變化的信號（例如階躍信號）沿傳輸線(xiàn)由A到B傳播，傳輸線(xiàn)C-D上會(huì )產(chǎn)生耦合信號，變化的信號一旦結束也就是信號恢復到穩定的直流電平時(shí)，耦合信號也就不存在了，因此串擾僅發(fā)生在信號跳變的過(guò)程當中，并且信號沿的變化（轉換率）越快，產(chǎn)生的串擾也就越大?？臻g中耦合的電磁場(chǎng)可以提取為無(wú)數耦合電容和耦合電感的集合，其中由耦合電容產(chǎn)生的串擾信號在受害網(wǎng)絡(luò )上可以分成前向串擾和反向串擾Sc，這個(gè)兩個(gè)信號極性相同；由耦合電感產(chǎn)生的串擾信號也分成前向串擾和反向串擾SL，這兩個(gè)信號極性相反。
耦合電感電容產(chǎn)生的前向串擾和反向串擾同時(shí)存在，并且大小幾乎相等，這樣，在受害網(wǎng)絡(luò )上的前向串擾信號由于極性相反，相互抵消，反向串擾極性相同，疊加增強。串擾分析的模式通常包括默認模式，三態(tài)模式和*壞情況模式分析。默認模式類(lèi)似我們實(shí)際對串擾測試的方式，即侵害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器由翻轉信號驅動(dòng)，受害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器保持初始狀態(tài)（高電平或低電平），然后計算串擾值。這種方式對于單向信號的串擾分析比較有效。三態(tài)模式是指侵害網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器由翻轉信號驅動(dòng)，受害的網(wǎng)絡(luò )的三態(tài)終端置為高阻狀態(tài)，來(lái)檢測串擾大小。這種方式對雙向或復雜拓樸網(wǎng)絡(luò )比較有效。*壞情況分析是指將受害網(wǎng)絡(luò )的驅動(dòng)器保持初始狀態(tài)，仿真器計算所有默認侵害網(wǎng)絡(luò )對每一個(gè)受害網(wǎng)絡(luò )的串擾的總和。這種方式一般只對個(gè)別關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分析，因為要計算的組合太多，仿真速度比較慢。
37、在EMC測試中發(fā)現時(shí)鐘信號的諧波超標十分嚴重，只是在電源引腳上連接去耦電容。在PCB設計中需要注意哪些方面以抑止電磁輻射呢？
答： EMC的三要素為輻射源，傳播途徑和受害體。傳播途徑分為空間輻射傳播和電纜傳導。所以要抑制諧波，首先看看它傳播的途徑。電源去耦是解決傳導方式傳播，此外，必要的匹配和屏蔽也是需要的。
38、在PCB設計中，通常將地線(xiàn)又分為保護地和信號地；電源地又分為數字地和模擬地，為什么要對地線(xiàn)進(jìn)行劃分？
答：劃分地的目的主要是出于EMC的考慮，擔心數字部分電源和地上的噪聲會(huì )對其它信號，特別是模擬信號通過(guò)傳導途徑有干擾。至于信號的和保護地的劃分，是因為EMC中ESD靜放電的考慮，類(lèi)似于我們生活中避雷針接地的作用。無(wú)論怎樣分，*終的大地只有一個(gè)。只是噪聲瀉放途徑不同而已。
39、PCB設計中，在布時(shí)鐘時(shí)，有必要兩邊加地線(xiàn)屏蔽嗎？
答：是否加屏蔽地線(xiàn)要根據板上的串擾/EMI情況來(lái)決定，而且如對屏蔽地線(xiàn)的處理不好，有可能反而會(huì )使情況更糟。
40、近端串擾和遠端串擾與信號的頻率和信號的上升時(shí)間是否有關(guān)系？是否會(huì )隨著(zhù)它們變化而變化？如果有關(guān)系，能否有公式說(shuō)明它們之間的關(guān)系？
答：應該說(shuō)侵害網(wǎng)絡(luò )對受害網(wǎng)絡(luò )造成的串擾與信號變化沿有關(guān)，變化越快，引起的串擾越大，（V=L*di/dt）。串擾對受害網(wǎng)絡(luò )上數字信號的判決影響則與信號頻率有關(guān)，頻率越快，影響越大。
41、在設計PCB板時(shí)，有如下兩個(gè)疊層方案： 疊層1 》信號 》地 》信號 》電源＋1.5V 》信號 》電源＋2.5V 》信號 》電源＋1.25V 》電源＋1.2V 》信號 》電源＋3.3V 》信號 》電源＋1.8V 》信號 》地 》信號 疊層2 》信號 》地 》信號 》電源＋1.5V 》信號 》地 》信號 》電源＋1.25V +1.8V 》電源＋2.5V +1.2V 》信號 》地 》信號 》電源＋3.3V 》信號 》地 》信號
哪一種疊層順序比較優(yōu)選？對于疊層2，中間的兩個(gè)分割電源層是否會(huì )對相鄰的信號層產(chǎn)生影響？這兩個(gè)信號層已經(jīng)有地平面給信號作為回流路徑。
答：應該說(shuō)兩種層疊各有好處。**種保證了平面層的完整，**種增加了地層數目，有效降低了電源平面的阻抗，對抑制系統EMI有好處。 理論上講，電源平面和地平面對于交流信號是等效的。但實(shí)際上，地平面具有比電源平面更好的交流阻抗，信號優(yōu)選地平面作為回流平面。但是由于層疊厚度因素的影響，例如信號和電源層間介質(zhì)厚度小于與地之間的介質(zhì)厚度，**種層疊中跨分割的信號同樣在電源分隔處存在信號回流不完整的問(wèn)題。
42、在使用protel 99se軟件設計PCB時(shí)，處理器的是8?C51，晶振12MHZ 系統中還有一個(gè)40KHZ的超聲波信號和800hz的音頻信號，此時(shí)如何設計PCB才能提供高抗干擾能力?對于89C51等單片機而言，多大的信號的時(shí)候能夠影響89C51的正常工??除了拉大兩者之間的距離之外，還有沒(méi)有其它的技巧來(lái)提高系統抗干擾的能力?
答： PCB設計提供高抗干擾能力，當然需要盡量降低干擾源信號的信號變化沿速率，具體多高頻率的信號，要看干擾信號是那種電平，PCB布線(xiàn)多長(cháng)。除了拉開(kāi)間距外，通過(guò)匹配或拓撲解決干擾信號的反射，過(guò)沖等問(wèn)題，也可以有效降低信號干擾。
43、請問(wèn)在PCB 布線(xiàn)中電源的分布和布線(xiàn)是否也需要象接地一樣注意。若不注意會(huì )帶來(lái)什么樣的問(wèn)題？會(huì )增加干擾么？
答：電源若作為平面層處理，其方式應該類(lèi)似于地層的處理，當然，為了降低電源的共模輻射，建議內縮20倍的電源層距地層的高度。如果布線(xiàn)，建議走樹(shù)狀結構，注意避免電源環(huán)路問(wèn)題。電源閉環(huán)會(huì )引起較大的共模輻射。
44、我做了個(gè)TFT LCD的顯示屏，別人在做EMC測試時(shí)，干擾信號通過(guò)空間傳導過(guò)來(lái)，導致屏幕顯示的圖象會(huì )晃動(dòng)，幅度挺大的。誰(shuí)能指點(diǎn)下，要怎么處理！是在幾股信號線(xiàn)上加干擾脈沖群，具體是叫什么名字我也不太清楚，干擾信號通過(guò)信號線(xiàn)輻射出來(lái)的。
答：如果是單獨的LCD，EMC測試中的脈沖群試驗幾乎是過(guò)不去的，特別是用耦合鉗的時(shí)候，會(huì )夠你受的了。如果是儀器中用到了LCD，就不難解決了，例如信號線(xiàn)的退耦處理，導電膏適當減小LCD入口的阻抗，屏表面加屏蔽導電絲網(wǎng)等。
45、前段時(shí)間EMC測試，GSM固定無(wú)線(xiàn)電話(huà)在100MHz-300MHz之間有輻射雜散現象。之后，公司寄給我兩部噴有靜電漆的屏蔽外殼話(huà)機，實(shí)驗室不準換整部話(huà)機，我就把噴有鐵磁性材料的靜電漆的外殼換到了要修改測試的話(huà)機上。測試結果顯示以前的雜散現象沒(méi)有了，但是主頻出現了問(wèn)題，話(huà)機工作的主頻是902MHz，但在905-910MHz之間又出現了幾個(gè)頻率，基本情況就是這樣。修改過(guò)程中，我只換了外殼，電路板和其他硬件都沒(méi)有做任何修改 。
答：話(huà)機種類(lèi)可以理解為：無(wú)線(xiàn)手機、無(wú)繩電話(huà)等等。需要明確一下：話(huà)機的類(lèi)型、主機工作頻率范圍以及機殼靜電噴涂材料的類(lèi)型：如鐵磁類(lèi)或非鐵磁類(lèi)導電材料以及導電率等 。

46、使用Protel Dxp實(shí)心敷銅時(shí)選pour over all same net objects有什么副作用？會(huì )不會(huì )引起干擾信號在整塊板上亂竄，從而影響性能？我做的是一塊低頻的數據采集卡，這個(gè)問(wèn)題可能不需要擔心，但還是想搞清楚。
答1：對于模、數混合的PCB板，模、數、地建議分開(kāi)，*后再同點(diǎn)接地，如用“瓷珠”或0歐電阻連接。高速的數據線(xiàn)*好有兩根地線(xiàn)平行走，可以減少干擾。
答2：pour over all same net objects對信號的性能沒(méi)有什么影響，只是對一些焊盤(pán)的焊接有影響，散熱比較快。這樣做對EMI應該是有好處的。增加焊盤(pán)與銅的接觸面積。
答3：實(shí)心敷銅時(shí)選pour over all same net objects不會(huì )有副作用。應該選擇為鋪花焊盤(pán)而不是實(shí)心焊盤(pán)，因為實(shí)心焊盤(pán)散熱快，可能導致回流焊時(shí)發(fā)生立碑的情況。
47、請問(wèn)什么是磁珠，有什么用途？磁珠連接、電感連接或者0歐姆電阻連接又是什么 ？
答：磁珠專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。
磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過(guò)錯50MHZ。
磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線(xiàn)結構（電路）中的RF噪聲，RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信號，而射頻RF能量卻是無(wú)用的電磁干 擾沿著(zhù)線(xiàn)路傳輸和輻射（EMI）。要消除這些不需要的信號能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色（衰減器），該器件允許直流信號通過(guò)，而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然而，低頻信號也會(huì )受到片式磁珠的影響。
要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點(diǎn)：
1、不需要的信號的頻率范圍為多少;
2、噪聲源是誰(shuí);
3、需要多大的噪聲衰減;
4、環(huán)境條件是什么（溫度，直流電壓，結構強度）;
5、電路和負載阻抗是多少;
6、是否有空間在PCB板上放置磁珠;
前三條通過(guò)觀(guān)察廠(chǎng)家提供的阻抗頻率曲線(xiàn)就可以判斷。在阻抗曲線(xiàn)中三條曲線(xiàn)都非常重要，即電阻，感抗和總阻抗?？傋杩雇ㄟ^(guò)ZR22πfL()2+:=fL來(lái)描述。通過(guò)這一曲線(xiàn)，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有*大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過(guò)大的直流電壓下，阻抗特性會(huì )受到影響，另外，如果工作溫升過(guò)高，或者外部磁場(chǎng)過(guò)大，磁珠的阻抗都會(huì )受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因： 是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時(shí)，使用片式磁珠是*佳的選擇。
48、剛才是做硬件設計的工作。請教各位怎么樣確定消除導線(xiàn)間串擾得電容容值。
答：在PCB布線(xiàn)時(shí)應該注意不要有太長(cháng)的平行走線(xiàn)，尤其是高速或高擺幅信號。如果無(wú)法避免，其間保持足夠的距離或者添加地線(xiàn)隔離。受體積限制和抗干擾要求高的部位可用金屬屏蔽合隔離。
49、在實(shí)際做產(chǎn)品的時(shí)候發(fā)現了一個(gè)很頭疼的問(wèn)題。將開(kāi)發(fā)的樣機放在某個(gè)干擾很厲害的車(chē)上的時(shí)候，為了解決續流的問(wèn)題，講一個(gè)小電瓶并接在汽車(chē)的電源上（加了一個(gè)二極管防止小電瓶的電壓被拉跨。）但是發(fā)現一旦與汽車(chē)的打鐵地線(xiàn)一連接，終端就會(huì )被  干  擾。有好的建議嗎？
答：這是很明顯的EMC問(wèn)題，車(chē)上電火花干擾，導致你的終端設備被 干  擾，這個(gè)干擾可能是輻射，也可能是傳導到你的終端。
這個(gè)問(wèn)題很多種原因：  
1、接地問(wèn)題，你的終端主板上地線(xiàn)的走線(xiàn)問(wèn)題，布銅的情況
2、外殼的屏蔽問(wèn)題，做好是金屬外殼，將不是金屬部分外殼用錫箔封上，可以一試
3、線(xiàn)路板的布局，電源部分和CPU部分盡量分開(kāi)，電源部分走線(xiàn)要盡量粗，盡量短，布線(xiàn)規則很重要
4、線(xiàn)路板的層數比較重要，一般汽車(chē)上電子產(chǎn)品主板*好是至少4層板，兩層板抗干擾可能較差
5、加磁環(huán)，你可以考慮在做試驗時(shí)在電源線(xiàn)上套上磁環(huán)