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[技术讨论] 3月19日【电巢直播间】《PCB布局层叠和布线EMC设计》——答疑

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发表于 2020-3-24 11:31 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 EDADZE365 于 2020-3-24 14:07 编辑
, _3 t( y/ ?* B6 w$ \6 W, v. ^* B( X- J. V/ T  ~& f

6 _& s9 E3 I! g* k5 K- ~
余平放老师
EDA365电磁兼容安规论坛特邀版主1 z  U' h# B$ ~# H3 j9 e
原华为EMC首席专家
+ F: x1 L- u% x/ K& ^' r* V; q

: _7 x4 A+ y* ?2 |0 }0 f
原华为EMC首席专家,具有20余年产品研发经验。在EMC测试、EMC设计与整改、高频EMI技术研究和EMC仿真技术上有着丰富的经验。曾主导华为网络产品高频EMI技术研究,支撑下一代网络产品从5G-56G速率演进和市场准入;参与过GB19286/YD1082/GR1089 lssue6等多个国内国际EMC标准的制定或修订工作。申请国家专利10项;国内外发表论文4篇。在职期间,获得华为个人金牌奖、个人总裁奖。
6 P( m, ~; c$ f% c7 v
关于 3月19日余老师当天直播的问题,老师已经帮大家一一解答,现在整理如下,如果还有别的疑问,可以跟帖留言哈,关于余老师以及其他老师的课程回顾,可以下载电巢APP直接观看。

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8 K2 n2 a# D# c4 H
(扫码即可下载电巢APP)
) C" C; o& H- m6 [) l
5 ?# L3 V. A8 d* `

* }5 H" _9 S, w6 H
问题一: Wifi陶瓷天线一般放板子长边中间位置,靠两边地的辐射,为什么老师说是放四角呢?
具体问题具体分析。没有图,没有应用场景和尺寸结构等限制条件,就不好做进一步分析。一般来说,地是用于反射天线信号的。

+ [/ r( Y) |: \" |) m# c" Z, g( {& Y  f
问题二:单侧PA的辐射很小,各次谐波辐射都很小,但是PA经天线馈线到达天线,经天线的辐射发射谐波很大,原因可能是什么?
可能天线馈线质量有问题或者馈线与天线及PA的连接每做好,更换质量更好的馈线或重新安装下馈线再试试。

2 X, e! A! _+ y( j) w
6 w: N/ q7 |) ?. q
问题三:有一些接口电路,板内的数字地与接口的外壳地用一个电容和一个电阻连接,这种设计有什么好处,主要用在哪些方面?
这种连接方法对EMC非常不利,板内的数字地应该与外壳多点连接,连接点越多数字地上的地噪声越小,可以有效的减小共模辐射。
有些产品如电力产品、医疗产品出于安全问题或者漏电流考虑,要求功率地或数字地与金属外壳隔离,这时用电容+电子的连接方式,电容用于缓解二者不连接的负面影响,电阻用于防止浮地的静电累积。

- d5 a& c% X  c; Q5 ^2 P( b
0 D) V1 A. p6 }
问题四:一般接大地与数字地PCB板上要多远?
设备接地线应接到设备金属外壳上,不应直接连接PCB。
: {- F( V7 U% U& a
& I9 a" W, j2 @* a8 N
问题五:电源上电冲击电流如何解决?
有增加缓启电路的,如-48VDC端口增加缓启电流就可避免插拔大电流而打火;还有端口增加浪涌防护
2 x' v4 s2 j; \) a4 ?6 X1 Q
7 e  x$ C( \& k! [/ g' N" h
问题六:信号阻抗不连续可以通过什么方式检测出来?
通过TDR测试。
% w5 d2 [, c8 M. j
: f( t& C% p$ |" {' C( B. _
问题七:对外有信号接口,也需要EMC的要求,如何对信号接口处理?要做隔离吗?
外部信号接口如何是非屏蔽线一般都需要进行滤波设计,线长超过10m要做滤波浪涌防护设计,是否隔离要看端口类型,如网口就一定是隔离的

: C* S1 |. v# T  z9 R# N' e  |- H4 [1 p/ y
问题八:启动冲击电流如何解决?
有增加缓启电路的,如-48VDC端口增加缓启电流就可避免出现启动时的大电流而打火
9 c! h* {9 p1 `  p2 B

" E8 b) a- Q5 T. t* |  M# P
问题九:高速信号跨多个电源该如何解决?/高速信号跨两个电源如何处理?
尽量不要电源分割,如果一定要跨,就需要在分割的电源两边增加缝补电容提供信号回流。

- Y7 q7 ]$ H1 A7 V9 v1 B* o( S+ {1 i' ]. L+ X# Y
问题十:信号地和大地怎么接?
信号地一般是多点接设备金属机壳,然后机壳通过专门的接地线接大地。

# C) y$ [& `: c. x/ l
9 |9 c1 m# }5 e; b4 }
问题十一:模拟地和数字地用OR电阻更好吧,为何说磁珠更好?/模拟地和数字地跨分割用缝补电容还是磁珠好?
模拟地和数字地如何连接比较复杂,不是几句话可以讲清楚的,请上电巢APP 学习我的电子设备设计接地视频公开课

- L# q) i( z1 l5 K! I% m7 T
$ q! X# D) v1 A5 c9 t
- v* g% D" Q: ]
问题十二:除了布板布线EMC,整机EMC还要考虑哪些因素?
结构屏蔽设计、电缆屏蔽设计、整机接地设计等

2 S+ x; I% C- ^
. W3 S" P" `4 Y, Z
问题十三:电源环路对EMC影响大吗?
也有大的影响,环路会产生近场辐射耦合到其它电路

8 k! t" N' w$ Q7 @/ s% X
2 \. B# P) ~; X* S
问题十四:电源也不考虑单点接地吗?
这问题描述不是很清楚,不是很好回答。是什么样的电源?一次电源模块,二次电源模块

/ O, X4 E7 G6 e9 m

, f  {% Z6 j8 \: w" z
问题十五:多层板在电源层走信号线有什么影响吗?
靠近电源层走线容易造成跨分割,电源噪声也会耦合到信号线上
" l- F5 _( c+ n; b  ?1 a" s. a

+ k, v% q  d2 L- q4 Z) {4 K
问题十六:Bob smith电路不要那个接大地的电容行不行?
去掉这个电容,FE电缆里有两对差分线就会悬空,悬空的线容易耦合板内噪声引起造成FE电缆辐射增加
2 n) }; w8 T' y8 _$ A, O& P* _8 l

  m0 c2 k+ [5 T3 f: W6 ?* J
问题十七:单点接地和多点接地要如何选择?
现在电子产品的速率都很高,EMC测试标准也是测试到很高频率,如至少1GHz,单点接地会影响高频辐射的抑制,所以无论是对电路板还是外接电缆尽量避免用单点接地。
" d1 H- c+ y) B+ v- L
: E: U+ v) v" a/ I; u7 k1 p9 |" w
问题十八:整机EMC的问题需要注意单板设计吗?
整机EMC问题先从结构、电缆找原因并采取整改措施,如果结构电缆的整改措施代价太高或无法落地,就要从单板EMC上采取措施。
( S; D# K. P& D2 T

. U6 v& Q9 M: c0 r0 X
问题十九:PLC电力猫的PCB有没有优化方案?
需要具体的PCB图才能给出改进方案

; Q) W4 C" [' c' n# A4 s% d3 r& L% y% i6 S
问题二十:ADC模拟地和数字地分开吗?
答复见问题11

9 y! V5 K7 E7 c4 o

' a. @% n4 f# J2 l" K6 n) N6 y  X3 U
问题二十一:DC电感下面,铜皮都要掏空吗?
DC共模电感下面不应铺
; X% ]% W3 V% i4 t1 j$ s1 @* I% ?- Z
6 S( I2 c2 a- A, v7 |
问题二十二:金属外壳螺丝孔的ESD该怎么处理?
螺钉孔周围需要导电,保证螺钉与外壳可靠搭接
0 |3 N7 \0 p) ]) M5 p( B5 |+ K: e
" H6 O' [; d% N1 O7 F
问题二十三:对于塑料外壳的静音怎么处理比较好?
问题描述不清楚,不好回答
3 q: a) C6 {3 _7 I5 S% ]! o

0 x3 N4 N2 f- D. R& J1 D
问题二十四:差模共模辐射分不清?(怎么区分)
环路引起的辐射一般是差模辐射;信号参考回流面上噪声电压引起的辐射以及电缆辐射都是共模辐射。
3 {0 ?. H$ W# P- [. p/ @3 z1 m
8 |. Z6 }) }1 w% @  a6 o0 I
问题二十五:RF天线尽量放板子四角,但WIFI陶瓷天线是要放板子长边的中间位置效率是最好!这个怎么解释?因为陶瓷天线需要两边地的辐射?
见问题1的答复。

" v! [3 \' Q. n) ]$ A( v
# i- f3 Y5 o( X, C# ]
问题二十六:12层板是5个芯板叠压再加上两层铜皮制成的吗?
这个属于工艺问题,与EMC关系不大

) ~( I/ V% M# C1 m7 R
, l4 F" d( m+ ^5 n# \1 e
问题二十七:网口接口地和系统地分割,系统地和接口地之间有的会并联一个1NF,有的并电阻,这个是处于什么考虑来选择的?
系统地是什么地?需要更准确的描述

6 m4 J/ a2 s1 L1 I

+ P! O- B  A9 z1 ]% y
问题二十八:4层板跨分割大多数是底层在电源平面跨分割,如何处理?
低速或电平信号布底层,跨分割问题也不大,当然增加缝补电容更好。
7 c6 i0 `. L1 C- E
3 B7 C0 ?1 J4 r0 ~3 X! K: a( |
问题二十九:有哪些EMC方面的书籍推荐?
1)Electromagnetic Compatibility Engineering, Henry W. Ott
2)EMC Design Techniques,  Keith ARMstrong

& p1 [2 C( l' g% U, U

) y2 d5 D5 k& g* y+ o
问题三十:跨接电容能不能图示画一下,还是有点不知道如何接?
8 }  {( f# N0 \- A) ]8 n3 C
) E. z7 t2 ~, `7 _8 l* K# z

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问题三十一:数字信号一般怎么隔离?
变压器、光耦等

  K' k/ Q! Y$ i3 X7 ^
* f  m# e+ \& m/ {& |
问题三十二:谈谈单板 EMC和整机EMC?
1)对于非屏蔽机壳产品,板级EMI性能直接决定了整个产品的EMI性能;
2)对于屏蔽机壳产品,如果板级EMC控制好就可以用较少的结构及电缆屏蔽成本满足EMC要求

" |+ j. q! e4 g# j! k6 W0 `
4 }1 D- Z( [8 Y- F% `6 q8 C
问题三十三:EMC的仿真软件是什么呢?
我直播课里仿真用的软件是CST软件

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" u3 ], x. M, S- y8 ?
问题三十四:有静磁分布仿真软件推荐吗?
Comsol,HFSS都可以
: Q- a- H3 ?0 \5 `- B3 ^) V

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问题三十五:缝补电容离信号线多远有要求吗?
对于信号线跨分割,建议缝补电容离跨分割处距离不超过250mil
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) W. A$ N* _! `  [- \! e
问题三十六:信号线跨分割,对传导测试有影响吗?
如果电源接口布局、布线不合理则信号跨分割对电源口传导发射也有影响; 信号跨分割会引起接地平面共模噪声增加,对信号线传导发射有影响
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1 C1 y9 b% x4 V: l3 I: t7 A
问题三十七:EFT电容,需要考虑耐压吗?
需要考虑,但也无效用高压电容
- E, x0 k. q0 b  v& q# ^
8 ~2 X, _7 d) m$ W# {( r: e9 H" ~
问题三十八:缝补电容是并联吗?缝补电容具体电路板怎么放置?
信号以电源平面做参考时会出现跨电源分割情况,这时用缝补电容提供回流,缝补电容跨接在分割槽并连接两边的电源;还有以不同性质的参考面间换参考,缝补电容需要跨接在电源参考平面和地参考平面之间

! f: Q" q! e4 ?6 w) n2 U- x1 l4 F9 D) e4 w& `+ q
问题三十九:功率电感的空间传导噪声怎么优化?
功率电感主要应是辐射噪声吧?可以用带屏蔽的功率电感

9 H, b: D8 A0 W! W7 H2 M2 R- }+ v
问题四十:Mipi信号可以串磁珠吗?
要看具体速率多少?串磁珠后需要测试信号完整性
; w6 A# w+ W7 W1 n
9 D6 ?' _5 y6 X' {" |6 @: d# Y2 v6 L' v
问题四十一:Mipi超标有什么好办法处理?
信号线串磁珠、增加屏蔽等措施
1 Y* s& N) @0 A& ?% G8 S. d
  o) y+ y7 I( b( o4 w. V. r: e
问题四十二:不同平面换参考,打地孔没有用/无效?
不同性质的参考面间换参考,只能增加缝补电容,增加1个或2个EMI抑制效果都不理想,所以要尽量避免不同性质的参考面间换参考
% |. o# f0 W) y. |9 y

+ Z- @: C. k) ?' `
问题四十三:四层板U*2.0走线该怎么走线比较好,如果主U*到HUB再到U*座成环形有什么影响?
需要提供更详细的信息如PCB图才能回答

7 h" |- M2 T6 s) Q. n5 X4 f
$ k2 c' x$ ?1 Y/ r) m+ `: U
问题四十四:跨分割对抗阻和EMI,哪个影响更大?
都很大。
9 n- l& M; n8 ?& h  ~# n
& ?$ `, G* C, a; E; S5 A
如有疑问可跟帖回复
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    谢谢分享,受益匪浅。

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    发表于 2020-4-19 16:58 | 只看该作者
    谢谢楼主分析资料
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    发表于 2020-5-11 08:02 | 只看该作者
    多谢分享

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    发表于 2020-5-21 09:31 | 只看该作者
    接地问题咨询下,金属外壳,供电采用隔离电源模块供电(AC220->12VDC),220Vac防雷与外壳相连,隔离后端数字地与外壳之间怎么处理合适,电源模块上有个电容跨接数字地与外壳,两种方案:- F" {: I, C2 R3 O# j
    1、后级板级的数字地全部通过电源模块的电容单点与外壳相连,也就是浮地;% a  N" [. L* W/ p/ {6 J
    2、后级板级数字地与外壳多点相连; # G) x$ h5 A$ q" n9 n0 E! r
    哪种方案合适点,有什么优缺点
    / ^) S) ]$ ]; c/ }) Z9 X

    该用户从未签到

    11#
    发表于 2020-5-26 22:21 | 只看该作者
    应采用后级板级数字地与外壳多点相连方式,因为数字地上有阻抗,数字地上存在噪声压降,而外壳是理想的共模噪声参考地,数字地多点接外壳可以降低数字上的噪声,对EMI有极大的好处
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