接地保护

工业、科学和医疗射频（ISM-RF）产品的无数应用案例表明，这些产品的印制板（PCB）布局很容易出现各种缺陷。人们时常发现相同IC安装到两块不同电路板上，所表现的性能指标会有显著差异。工作条件、谐波辐射、抗干扰能力，以及启动时间等等诸多因素的变化，都能说明电路板布局在一款成功设计中的重要性。 本文罗列了各种不同的设计疏忽，探讨了每种失误导致电路故障的原因，并给出了如何避免这些设计缺陷的建议。本文以FR-4电介质、厚度0.0625in的双层PCB为例，电路板底层接地。工作频率介于315MHz到915MHz之间的不同频段，Tx和Rx功率介于-120dBm至+13dBm之间。表1列出了一些可能出现的PCB布局问题、原因及其影响。 表1. 典型的PCB布局问题和影响 其中大多数问题源于少数几个常见原因，我们将对此逐一讨论。 电感方向 当两个电感（甚至是两条PCB走线）彼此靠近时，将会产生互感。第一个电路中的电流所产生的磁场会对第二个电路中的电流产生激励（图1）。这一过程与变压器初级、次级线圈之间的相互影响类似。当两个电流通过磁场相互作用时，所产生的电压由互感LM决定： 式中，YB是向电路B注入的误差电压，IA是在电路A作用的电流1。LM对电路间距、电感环路面积（即磁通量）以及环路方向非常敏感。因此，紧凑的电路布局和降低耦合之间的最佳平衡是正确排列所有电感的方向。 图1.

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。 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，那么在进行EMC测试时具体有哪些规范需要我们注意？ 在高速逻辑电路里，这类问题特别脆弱，原因有很多： 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。 一、总体概念及考虑 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。 VN1＝I2ZG为电源I2流经地平面阻抗ZG而在1号电路感应的噪声电压。 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

电磁兼容性或电磁兼容（EMC）是在电学中研究意外电磁能量的产生、传播和接收，以及这种能量所引起的有害影响。目标是在相同环境下，涉及电磁现象的不同设备都能够正常运转，而且不对此环境中的任何设备产生难以忍受的电磁干扰之能力。下面分几部分详细介绍。 第一部分 电磁骚扰的耦合机理 1、基本概念 电磁骚扰传播或耦合，通常分为两大类：即传导骚扰传播和辐射骚扰传播。通 过导体传播的电磁骚扰，叫传导骚扰；通过空间传播的电磁骚扰，叫辐射骚扰。 上图传染病的模型非常近似： 2、 电磁骚扰的常用单位 骚扰的单位通用分贝来表示，分贝的原始定义为两个功率的比： 通常用 dBm 表示功率的单位，dBm 即是功率相对于 1mW 的值： 通过以下的推导可知电压由分贝表示为（注意有一个前提条件为 R1=R2)： 通常用 dBuV 表示电压的大小，dBuV 即是电压相对于 1uV 的值。 对于辐射骚扰通常用电磁场的大小来度量，其单位是 V/m。通常用的单位是dBuV/m。 3、传导干扰 a、共阻抗耦合 由两个回路经公共阻抗耦合而产生，干扰量是电流 i，或变化的电流 di/dt。 当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就发生了公共阻抗耦合。我们在放大器中，级与级之间的一种耦合方式是“阻容”耦合方式，这就是一种利用公共阻抗进行信号耦合的应用。在这里，上一级的输出与下一级的输入共用一个阻抗。 由于地线就是信号的回流线

今天上午，公司客服转给我一个客户的电话求助，说他们新打样的一台设备在调试的时候显示屏有乱码以及出现不规则的带状纹理现象。起初他们怀疑是显示屏的问题，在更换了显示屏后异常没有消除，又更换了相应的PCB板，问题仍然没有解决。 作为公司的售后支持，我的第一反应就是干扰造成了显示异常。经过和客户的详细交流，我排除了测试现场环境对设备的影响，而是设备自身的干扰造成的。为了尽快配合客户解决问题，我们和客户视频通话，在视频里仔细了解了客户的装置结构和电路。经过检查发现设备单片机使用的是阻容浮地技术，而显示屏信号地和机壳相连，也就是和大地相连。我提议，让客户把单片机的浮地改为和显示屏信号地一样，直接接大地。经过试验发现显示屏的干扰消除了，困扰客户的问题解决了。  ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200102101904714.png?x

PCB设计时，EMC应该注意很多方面，具体的总结如下： 在PCB的EMC设计考虑中，首先涉及的便是层的设置； 单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成；在产品的EMC设计中，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB设计也是一个非常重要的因素。 PCB的EMC设计的关键，是尽可能减小回流面积，让回流路径按照我们设计的方向流动。 PCB层的设计思路： PCB叠层EMC规划与设计思路的核心就是合理规划信号回流路径，尽可能减小信号从单板镜像层的回流面积，使得磁通对消或最小化。 电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是保证电源汇流排的旁路和去耦、使电源层或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏蔽起来的关键。从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层，这些层紧挨著电源层或接地层。对於电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层”策略。下面我们将具体谈谈优良的PCB分层策略。 1．布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。 2．尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰，所以如果无法避免布线层相邻

硬件 EMC 设计规范 引言： 本规范只简绍 EMC 的主要原则与结论，为硬件工程师们在开发设计中抛砖引玉。 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，附带一些必须的 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。 一、总体概念及考虑 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： V N1 ＝ I 2 Z G 为电源 I 2 流经地平面阻抗 Z G 而在 1 号电路感应的噪声电压。

EMC 整改报告 一、 EMC 概述 1. EMC 设计主要针对 EMI+EMS ，常见的 EMI 测试包括电源线的传导骚扰（ CE ）和辐射发射（ RE ）测试， EMS 测试包括： ESD 、电源线的 EFT 、电源线的雷击和浪涌测试、电源线的抗扰度测试 ; 三要素是干扰源、耦合途径、敏感器件；主要对策：疏（滤波、接地）和堵（屏蔽） 2. 用高频的视角看问题 3. 所有信号都是从地流回去的 4. 共模干扰与差模干扰： 共模干扰往往是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。共模干扰好比两个人同时向前或者向后推你，于此相对的差模干扰则是一前一后在拉你。 二、 EMC 测试模型： 1. 辐射发射测试： 一般都是先将水平和垂直做一遍测试，这时主要是测峰值，然后在针对峰值读点，读点测的是平均值，TUV等认证时也是读点； 2. 传导骚扰测试： 2.1 需要的仪器：接收机、 LISN 网络（三相、单相）、参考接地，一个重要的条件是一个 2m*2m 以上面积的参考地平面，并超出 EUT 边界至少 0.5m; 一般在屏蔽室内进行，如下图 2.2 电源口传导骚扰测试的拓扑图如下 , 此时构成了一个环路，成为了天线，此处应注意电源线和接地线之间的面积，并且尽量将 EUT 的接地线接到 LISN 上，而不要就近接到参考地金属板上（ 50R

电磁兼容学是一门综合性学科，它涉及的理论包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通讯理论、材料科学、生物医学等。 进行开关电源的电磁兼容性设计时，首先进行一个系统设计，明确以下几点： 明确系统要满足的电磁兼容标准； 确定系统内的关键电路部分，包括强干扰源电路、高度敏感电路； 明确电源设备工作环境中的电磁干扰源及敏感设备； 确定对电源设备所要采取的电磁兼容性措施。 一、DC/DC变换器内部噪声干扰源分析 1．二极管的反向恢复引起噪声干扰 在开关电源中常使用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，由于这些二极管都工作在开关状态，如图所示，在二极管由阻断状态到导通工作过程中，将产生一个很高的电压尖峰VFP；在二极管由导通状态到阻断工作过程中，存在一个反向恢复时间trr，在反向恢复过程中，由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰VRP，由于少子的存储与复合效应，会产生瞬变的反向恢复电流IRP，这种快速的电流、电压突变是电磁干扰产生的根源。 电流电压波形图 二极管反向恢复时电流电压波形 二极管正向导通电流电压波形 2．开关管开关动作时产生电磁干扰 二极管反向恢复时电流电压波形 二极管正向导通电流电压波形 在正激式、推挽式、桥式变换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波，含有丰富的高频成分，这些高频谐波会产生很强的电磁干扰，在反激变换器中

EMC设计就看这四招 电磁干扰的主要方式是传导干扰、辐射干扰、共阻抗耦合和感应耦合。对这几种途径产生的干扰我们应采用的相应对策：传导采取滤波，辐射干扰采用屏蔽和接地等措施，就能够大大提高产品的抵抗电磁干扰的能力，也可以有效的降低对外界的电磁干扰。本文从滤波设计、接地设计、屏蔽设计和PCB布局布线技巧四个角度，介绍EMC的设计技巧。 一、EMC滤波设计技巧 EMC设计中的滤波器通常指由L，C构成的低通滤波器。滤波器结构的选择是由"最大不匹配原则"决定的。即在任何滤波器中，电容两端存在高阻抗，电感两端存在低阻抗。图1是利用最大不匹配原则得到的滤波器的结构与ZS和ZL的配合关系，每种情形给出了2种结构及相应的衰减斜率(n表示滤波器中电容元件和电感元件的总数)。 其中：l和r分别为引线的长度和半径。寄生电感会与电容产生串联谐振，即自谐振，在自谐振频率fo处，去耦电容呈现的阻抗最小，去耦效果最好。但对频率f高于f／o的噪声成份，去耦电容呈电感性，阻抗随频率的升高而变大，使去耦或旁路作用大大下降。实践中，应根据噪声的最高频率fmax来选择去耦电容的自谐振频率f0，最佳取值为fo=fmax。 去耦电容容量的选择 在数字系统中，去耦电容的容量通常按下式估算： 二、EMC接地设计 接地是最有效的抑制骚扰源的方法，可解决50%的EMC问题。系统基准地与大地相连，可抑制电磁骚扰。外壳金属件直接接大地

电磁兼容性（ EMC ）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。 EMC 包括 EMI （电磁干扰）及 EMS （电磁耐受性）两部分，所谓 EMI 电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而 EMS 乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。 目前许多国家都发布了自己的电磁兼容标准。 EMC 极其考验一个设计人员的经验与能力，如何去抑制电磁兼容问题呢？通过查找资料，我主要去了解了以下的三种与我们目前较为相关的抑制方法。 （ 1 ）接地 在电赛时 , 我们经常讨论的问题之一就是接地及接地方法了。尽管这个术语使用得如此自然 , 接地方法讨论了那么多情况，但是许多人不曾认真考虑其具体含义了 , 结果面对许多接地不当带来的问题不知所措。 接地的种类可分为安全接地和信号接地。安全接地又可分为设备安全接地、接零保护和防雷接地，信号接地又可分为单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地。 接地通常指这个电位参考点取大地，在实际系统中 , 常常用一个低阻抗的导体作为大地 , 如机壳。接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。 （ 2 ）滤波 滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，为实现这两大功能而设计的网络都称为滤波器