各种电路EMC设计

以太网EMC接口电路设计及PCB设计我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。

目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。

目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。

从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。

大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。

面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。

下图1以太网的典型应用。

我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。

图1 以太网典型应用1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。

图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去；b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小；c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小；d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）；e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。

开关电源EMC设计实例[摘要] 目前大多数电子产品都选用开关电源供电，以节省能源和提高工作效率；同时越来越多的产品也都含有数字电路，以提供更多的应用功能。

开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源，它们是电磁兼容设计的主要内容。

下面我们以一个开关电源的电磁兼容设计过程来进行分析。

[关键词] 开关电源设计图1是一个普遍应用的反激式（或称为回扫式）开关电源工作原理图，50Hz 或60Hz交流电网电压首先经整流堆整流，并向储能滤波电容器C5充电，然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。

图2是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

图1 图21、对电流谐波的抑制一般电容器C5的容量很大，其两端电压纹波很小，大约只有输入电压的10%左右，而仅当输入电压Ui大于电容器C5两端电压的时候，整流二极管才导通，因此在输入电压的一个周期内，整流二极管的导通时间很短，即导通角很小。

这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流。

这种脉冲尖峰电流如用傅立叶级数展开，将被看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率，即功率因数很低，并会倒灌到电网，对电网产生污染，严重时还会引起电网频率的波动，即交流电源闪烁。

脉冲电流谐波和交流电源闪烁测试标准为：IEC61000-3-2及IEC61000-3-3。

一般测试脉冲电流谐波的上限是40次谐波频率。

解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正(PFC)电路，或差模滤波电感器。

PFC电路一般为一个并联式升压开关电源，其输出电压一般为直流400V，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0.4~0.6，经校正后最高可达到0.98。

PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题，但又会带来新的高频干扰问题，这同样也要进行严格的EMC设计。

用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值，从而降低电流谐波干扰，但不能提高功率因数。

总 目 录第 1 期 2000.10.13序 言1．电路设计及EMC器件选择1.1数字器件与EMC电路设计1.2模拟器件和电路设计第 2 期 2000.10.20 1.3开关电源设计第 3 期 2000.10.28 1.4信号通信器件及电路设计第 4 期 2000.11.02 1.4.5 “无地”和“浮地”通信1.4.6 危险区和高度安全通信1.4.7 通信协议1.5无源器件的选择第 5 期 2000.11.10 2 电缆都是天线2.1 频谱利用及潜在的干扰2.2 导体的泄漏与天线效应第 6 期 2000.11.18 2.3 所有电缆受其固有电阻、电容、电感影响2.4 避免使用导体2.5 电缆隔离和布局第 7 期 2000.11.25 2.6 选择最优电缆2.6.1 传输线2.6.2 设备内部和外部连线的EMC考虑2.6.3 双馈送导线第 8 期 2000.12.01 2.6 选择最优电缆2.6.4 充分发挥屏蔽电缆的作用：关于屏蔽层2.6.5 充分发挥屏蔽电缆的作用：端接屏蔽层2.6.6 将电缆屏蔽层两端端接2.7 电缆连接器的最佳使用2.7.1 非屏蔽连接器2.7.2 用于 PCB板间的连接器2.7.3 屏蔽连接器第 9 期 2000.11.02第 10 期 2000.11.02本 期 目 录序 言1．电路设计及EMC器件选择1.1数字器件与EMC电路设计1.2模拟器件和电路设计序 言新的一篇连载文章又开始了。

这篇文章给出了在电气/电子/结构设计中实用的电磁兼容技术。

全部内容预计6个月登完。

本文的读者对象为电子产品设计人员，产品范围包括了从电源模块、单板计算机、马达驱动器等零部件到独立的或联网的产品，如计算机、视听设备、仪器等整个范围。

文章中介绍的技术包括：1. 电路设计（数字电路、模拟电路、开关电源、通信设备）和器件选择2. 电缆和连接器3. 滤波器和瞬态干扰抑制4. 屏蔽5. 线路板设计（包括传输线）6. 静电放电、机电设备和电源功率因数校正由于已经有很多关于以上问题的教科书，因此这篇文章仅将问题提出并介绍最实用技术中的一些关键点，这些内容都是十分重要且实用的。

可以看出，它们是传导骚扰和辐 射骚扰的初始源。
1.5 共模(CM)电流和差模(DM)电流
骚扰电流在导线上传输时有两种方式： 共模电流:以相同的相位,往返于L,N线(或信号线)与 地线之间的电流; 差模电流:往返于L和N线(或信号线与回流线)之间,并 且幅度相同相位相反的电流. 一对导线上如流过差模电流则两条线上的电流大小 相等，方向相反。 而一般有用信号也都是差模电流。 一对导线上如流过共模电流则两条线上的电流方向 相同。 骚扰电流在导线上传输时既可以差模方式出现，也 可以共模方式出现. 但共模电流只有变成差模电流后，才 能对有用信号构成骚扰。
2.磁感应(感性)耦合
法拉第电磁感应定律
感应电动势等于磁通 变化率的负值
磁通正比于回路面积
=
B• d A
A
导线之间两种串扰机理
R0
M
C
RL
IL
R2G
IC
R2L
IC
IL
电容耦合模型
C12
C1G
C2G
V1
R
C12
V1
C1G
C2G
R VN
VN ＝ j [ C12 / ( C12 + C2G)]
V1
j + 1 / R ( C12 + C2G)]
耦合公式化简
j [ C12 / ( C12 + C2G)]
VN ＝ j + 1 / R ( C12 + C2G)] V1
R << 1 / [ j ( C12 + C2G )]
R >> 1 / [ j ( C12 + C2G )]
VN = j R C12 V1
差模骚扰电压: 线与线之间的骚扰电压,会骚扰有用信号. 共模骚扰电压: 即各条线与地之间的骚扰电压,会产生很强的辐射 骚扰和传导骚扰,是电磁骚扰发射超标的主要原因之一