电子控制器PCB电磁兼容性仿真分析研究

摘要

随着印制板(PCB)上时钟频率的迅速提高，以及数字信号的上升门下降时间变得越来越小，这使得PCB板级电磁干扰问题愈加突出。如何解决PCB板的电磁干扰问题已经成为电子系统能否成功设计的关键问题。
　　基于此，本文将使用场路结合的方法，并结合Ansoft的电磁兼容仿真软件对PCB板级电磁干扰问题进行深入研究。本论文的主要工作如下:
　　首先，以电磁干扰三要素为基础，详细阐述了电磁干扰的本质及产生条件，分析了数字信号的频率特性，电磁干扰传播的两种方式，以及PCB中两种主要的电磁辐射方式。
　　其次，采用仿真的方法，对一些影响PCB电磁干扰的重要因素进行了分析。分析了信号回流对PCB电磁辐射的影响，并分析了不同的改进措施，如缝补电容、地回流过孔、拼接电容等，对改善信号回流，降低PCB电磁辐射的影响。通过理论分析与仿真相结合的方法定性分析了连接器的转移阻抗和引脚分配对于改善PCB电磁兼容性的重要性，并采用仿真的方法验证了恰当的引脚分配能够有效降低连接器对外的电磁辐射。同时，分析了多层板中不同措施和因素对抑制PCB电磁辐射的影响。
　　最后，以某电子控制器的PCB为研究对象，采用Ansoft公司的Slwave和Designer软件对其进行仿真建模，并对其近场和远场进行了仿真研究。采用容向公司生产的EMSCAN电磁干扰扫描系统对PCB的近场分布进行了测试，并将仿真结果与测试结果相对比，验证仿真的准确度。并以仿真和测试结果为参考，对PCB进行了优化设计，归纳总结了PCB电磁兼容设计的基本原则。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内研究动态

1．3 PCB电磁兼容分析方法和工具

1．3．1 PCB电磁兼容分析方法

1．3．2 电磁兼容仿真软件简介

1．4 论文的主要研究工作及结构安排

第二章 电磁兼容基本理论

2．1 电磁干扰三要素

2．2 数字信号的频率特性

2．3 电磁干扰传播机制

2．3．1 传导耦合

2．3．2 辐射干扰的天线模型

2．3．3 实际PCB板中的电磁辐射

2．4 总结

第三章 PCB的信号回流对EMI的影响

3．1 信号回流的基本理论

3．2 平面分割对EMI的影响及改进

3．2．1 参考平面分割对EMI的影响

3．2．2 缝补电容对EMI的影响

3．2．3 拼接电容对信号回流的影响

3．3 走线参考平面的变化

3．4 PCB连接器设计

3．4．1 连接器的地噪声和转移阻抗

3．4．2 连接器的电磁辐射

3．5 总结

第四章 多层PCB板EMI抑制措施

4．1 PCB边缘辐射的抑制

4．1．1 20H原则对PCB电磁辐射的影响

4．1．2 边缘地过孔对PCB EMI的影响

4．2 PCB结构设计对EMI的影响

4．2．1 PCB介质材料特性对EMI的影响

4．2．2 电源／地之间的介质厚度对电磁辐射的影响

4．3 总结

第五章 板级EMC的仿真分析与测试

5．1 电子控制器PCB仿真建模

5．1．1 仿真软件介绍

5．1．2 PCB电磁兼容仿真流程

5．1．3 控制器PCB建模

5．2 电磁场仿真结果分析

5．2．1 近场仿真分析

5．2．2 远场仿真分析

5．3 PCB板近场测试

5．3．1 电磁干扰扫描系统EMSCAN Emxpert简介

5．3．2 近场测试结果分析

5．4 总结

第六章 板级EMC的优化设计

6．1 优化设计仿真

6．2 PCB的EMC设计

6．2．1 PCB时钟电路的EMC设计

6．2．2 叠层设计

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 本文的主要工作和结论

7．2 今后工作展望

致谢

参考文献