差模辐射辐射抑制辐射干扰和辐射抗扰性环路面积电流大小在信号线PCB设计中的分析
差模辐射辐射抑制辐射干扰和辐射抗扰性环路面积电流大
小在信号线PCB设计中的分析
标签: 环路面积辐射抑制信号线辐射干扰电流大小谐波测量电磁特性
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差模辐射和辐射抗扰性在PCB设计中的分析
在印制电路板设计阶段进行电磁兼容性(EMC)设计非常重要。分析了引起数字差模辐射干扰的原因，提出了印制电路板设计中相关问题的解决方法，介绍了较好的元器件布置及地线、电源线和信号线的设计。
关键词：差模辐射；电磁干扰；印制电路板
引言
随着现代电子科技的发展，芯片的高速化和集成化，促使各种电子设备系统内外的电磁环境愈加复杂，对电路板设计中的电磁兼容技术要求更高。。电磁兼容辐射干扰问题主要来自电路中的电流突变产生的磁场变化或电压突变产生的电场变化。差模辐射作为辐射干扰源的一种，是由电路中传送电流的导线所形成的环路产生的，。这些环路相当于可产生磁场辐射的小型天线。尽管电流环路是电路正常工作所必需的，但为了限制辐射发射，必须在设计过程中对环路的尺寸与面积进行控制。印制电路板是构成数字电子设备的基础，。为保证它的电磁兼容性，布线和设计应使得板上各部分电路相互间无干扰，。对外的辐射发射尽可能降低达到有关标准的要求。
差模辐射
差模辐射的情况可以用一个小型环状天线来模拟，如图1所示。对于一个环路面积为A，电流为I的小型天线，在自由空间中距离r处(远场区)测量到的电场E 的大小表示为:
上式中电场强度E的单位是V?m，频率f的单位是Hz，面积A的单位是m2，电流I的单位是A，距离r的单位是m。式(1)中的第一项是个常量，代表传输介质的特性，第二项定义了辐射源的特性，也就是环状天线的特性;第三项则描述了从辐射源向远处传播时的衰减特性;最后一项表示的是测量天线以辐射平面为参考的角度方向。式(1)适用于自由空间中的小型环状天线，但大多数电子产品的辐射测量都在地平面上的开阔场地进行，过多的地面反射可能使辐射发射的测量结果变大，最大可达6dB。因此，计算时公式(1)必须乘以修正系数2。假设所有反射的方向相同，对地面反射进行校正，可将式(1)重写为:
式(2)表明，辐射发射大小与电流I、信号频率f的平方以及环路面积A成正比。
所以，可以用以下方法来控制辐射发射:(1)减小环路面积;(2)减小天线上的电流大小;(3)减小电流信号频率或电流的谐波分量。如电流波形不是正弦波，则计算之前必须首先确定该电流的傅里叶级数。
差模辐射的抑制
环路面积
控制差模辐射的方法是使电流所包围的环路面积最小。在布放信号线与其相应的地回流线时，两者尽量相互靠近。
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对于时钟布线、背板布线和电缆互连，这点尤其重要。
环路电流
电流大小与驱动环路的电路源阻抗有关，同时还与终结环路的负载阻抗有关。通常，可以用宽带电流探头对环路电流进行测量。。测量时需要增加与PCB布线串连的导线，。长度以刚好夹在电流探头上为宜。
傅里叶级数
因为数字电路采用方波信号，所以在应用式(2)计算辐射发射之前，必须首先已知电流的傅里叶级数。对于对称的方波，第n次谐波电流大小可以用式(3)来表示:
I是波信号的峰-峰值，。d是信号的占空比，tr是信号的上升沿时间，T是信号的周期。计算差模辐射发射理论值，可根据式(3)确定每次谐波所含电流大小，接着将该电流值和各自响应的频率带入式(1)进行计算，依次重复，直到完成所有谐波频率的计算。
在PCB设计中的应用
电路板布局的差模辐射抑制
首先，应努力控制信号与瞬态电源电流形成的每一个环路面积，使其最小，特别是作为主要辐射源的传输系统时钟电路。时钟信号通常也是系统中频率最高的信号，其所有能量都集中在基波与其谐波组成的窄频带内，因此，所有时钟线都应该有毗邻的地回流线，这样就能够使总时钟环路面积小于几平方厘米。图2是一
典型的计算装置产生的辐射发射频谱图，虽工作条件不同，但其最大发射几乎相等。
多层电路板的差模辐射抑制
如果是多层板，使回流电流在地平面上流动，并沿着与信号导线相同的路径流动，这样可使线路的电感最小，环路的面积由信号导线的长度以及信号层与地面之间的距离决定。。由于这种设计成本偏高，所以常采用接地网格方法控制辐射发射。
背板的差模辐射抑制
数字系统中，连接各功能板信号的背板也是产生差模辐射的主要来源。因此，背板上的时钟线等高频强信号和易受干扰的微弱信号线应安排在背板内部的两个地层之间，且强弱信号线分属不同的内部信号层。只有一个内部地层的背板，应将时钟信号线布在靠近内部地层的元件面一侧。
互连电缆的差模辐射抑制
板间或单元内的电缆布线也是一种差模辐射发射源。所以，应采用带屏蔽层的电缆。屏蔽电缆中按照减小差模辐射能力强弱排序依次为:光纤、同轴电缆、三芯电缆、双绞线和带状电缆。
模拟量信号干扰分析及11种解决秘诀
模拟量信号干扰分析及11种解决秘诀 关键词：PLC 模拟量信号干扰 1、概述 随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性，设计人员只有预先了解各种干扰才能有效保证系统可靠运行。 2、电磁干扰源及对系统的干扰 影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压送加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O 模件损坏率较高的原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指用于信号两极间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 3、PLC 控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢？ (1) 来自空间的辐射干扰： 空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC 系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC 内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC 通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC 局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。 (2) 来自系统外引线的干扰： 主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 (3)来自电源的干扰：
五款信号完整性仿真工具介绍
现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具，对互连线的不同情况进行仿真，把仿真结果存为拓扑结构模板，在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 （2）DF/Signoise工具是信号仿真分析工具，可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 （3）DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 （4）DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程： 由上所示，通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规
五款信号完整性仿真分析工具
SI 五款信号完整性仿真工具介绍 （一）Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB 设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，An soft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB 设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft 的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： Slwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何 数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D 图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿 （二）SPECCTRAQuest Cade nee的工具采用Sun的电源层分析模块: Cade nee Design System 的SpeeetraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI 。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer 可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在
PLC对模拟量信号的处理过程及方法
PLC对模拟量信号的处理过程及方法模拟量信号是自动化过程控制系统中最基本的过程信号(压力、温度、流量等)输入形式。系统中的过程信号通过变送器，将这些检测信号转换为统一的电压、电流信号，并将这些信号实时的传送至控制器(PLC)。 PLC通过计算转换，将这些模拟量信号转换为内部的数值信号。从而实现系统的监控及控制。从现场的物理信号到PLC内部处理的数值信号，有以下几个步骤：
从以上PLC模拟量的信号输入流程可以看到，在自动化过程控制系统中，模拟量信号的输入是非常复杂的。但是，在现目前的工业现场，对模拟量信号的处理已基本都采用电流信号方式进行传输，
相比于电压信号方式，电流信号抗干扰能力更强，传输距离更远，信号稳定。 这里就PLC对模拟量信号的转换过程进行一个简单的分解介绍。 PLC对模拟量信号的转换 西门子S7-200SMART PLC模拟量模块对模拟量信号的转换范围 台达DVP系列模拟量模块对模拟量信号的转换范围从以上 可以看到： 1、模拟量信号接入PLC后，PLC将模拟量信号转换为了整型数据，不是浮点数(如西门子-27,648 到 27,648); 2、不同品牌的PLC对模拟量转换范围是有差异的(如西门子-27,648 到 27,648;台达-32,384 到 32,384); 3、PLC同一个模块对不同类型的模拟量信号的转换范围是一致的
(如西门子对±10 V、±5 V、±2.5 V 或 0 到 20mA的模拟量信号的转换范围均为-27,648 到 27,648); 故从以上几点我们可以知道，接入PLC的模拟量信号还需要进行再转换处理，才可以得到与实际物理量相匹配的数据;在进行数据转换处理的时候，还应该与使用的PLC模块的处理数据范围相对应。PLC数据转换处理过程 1、模拟量信号与PLC转换数据之间的转换 从以上内容知道，从PLC直接读取到的模拟量信号为整型数据，整型数据无法直观的反馈出实际的物理量大小，故为了能够直观的反馈出现场的过程信号情况，还应该将这些整型数据转换为反馈直观真实的浮点数信号。这里以台达PLC模拟量输入模块的数据处理过程为例说明。
DDR3信号完整性与电源完整性设计
DesignCon 2011 Signal and Power Integrity for a 1600 Mbps DDR3 PHY in Wirebond Package June Feng, Rambus Inc. [Email: jfeng@https://www.360docs.net/doc/1f1610145.html,] Ralf Schmitt, Rambus Inc. Hai Lan, Rambus Inc. Yi Lu, Rambus Inc.
Abstract A DDR3 interface for a data rate of 1600MHz using a wirebond package and a low-cost system environment typical for consumer electronics products was implemented. In this environment crosstalk and supply noise are serious challenges and have to be carefully optimized to meet the data rate target. We are presenting the signal and power integrity analysis used to optimize the interface design and guarantee reliable system operation at the performance target under high-volume manufacturing conditions. The resulting DDR3 PHY was implemented in a test chip and achieves reliable memory operations at 1600MHz and beyond. Authors Biography June Feng received her MS from University of California at Davis, and BS from Beijing University in China. From 1998 to 2000, she was with Amkor Technology, Chandler, AZ. She was responsible for BGA package substrate modeling and design and PCB characterization. In 2000, she joined Rambus Inc and is currently a senior member of technical staff. She is in charge of performing detailed analysis, modeling, design and characterization in a variety of areas including high-speed, low cost PCB layout and device packaging. Her interests include high-speed interconnects modeling, channel VT budget simulation, power delivery network modeling and high-frequency measurements. Ralf Schmitt received his Ph.D. in Electrical Engineering from the Technical University of Berlin, Germany. Since 2002, he is with Rambus Inc, Los Altos, California, where he is a Senior Manager leading the SI/PI group, responsible for designing, modeling, and implementing Rambus multi-gigahertz signaling technologies. His professional interests include signal integrity, power integrity, clock distribution, and high-speed signaling technologies. Hai Lan is a Senior Member of Technical Staff at Rambus Inc., where he has been working on on-chip power integrity and jitter analysis for multi-gigabit interfaces. He received his Ph.D. in Electrical Engineering from Stanford University, M.S. in Electrical and Computer Engineering from Oregon State University, and B.S. in Electronic Engineering from Tsinghua University in 2006, 2001, and 1999, respectively. His professional interests include design, modeling, and simulation for mixed-signal integrated circuits, substrate noise coupling, power and signal integrity, and high-speed interconnects. Yi Lu is a senior systems engineer at Rambus Inc. He received the B.S. degree in electrical engineer and computer science from U.C. Berkeley in 2002 with honors. In 2004, he received the M.S. degree in electrical engineering from UCLA, where he designed and fabricated a 3D MEMS microdisk optical switch. Since joining Rambus in 2006, he has been a systems engineer designing various memory interfaces including XDR1/2 and DDR2/3.
如何消除变频器对模拟量的干扰
如何消除变频器对模拟量的干扰 在控制系统中，使用PLC的模拟量控制多台变频器，由于变频器本身产生强干扰信号的特性和模拟量抗干扰能力不与数字量抗干扰能力强的特性；因此为了最大程度的消除变频器对模拟量的干扰，在布线和接地等方面就需要采取更加严密的措施。 一．关于布线 1．信号线与动力线必须分开走线 使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm 以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。 2．信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部 由于水系统的两台富士变频器离控制柜较远分别为30m 和20m，因此连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。
3．模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.5～2mm2。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。 4．为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。 二．关于接地 1．变频器的接地应该与PLC控制回路单独接地，在不能够保证单独接地的情况下，为了减少变频器对控制器的干扰，控制回路接地可以浮空，但变频器一定要保证可靠接地。在控制系统中建议将模拟量信号线的屏蔽线两端都浮空，同时由于在机组上PLC与变频器共用一个大地，因此建议在可能的情况下，将PLC单独接地或者将PLC与机组地绝缘开来。2．变频器的接地 ·400V级：C种接地（接地电阻10Ω以下）。 ·接地线切勿与焊机及动力设备共用。 ·接地线请按照电气设备技术基准所规定的导线线径规格。 如35KW的变频器接地线线径推荐为22mm2，87KW的接地线线径推荐为50mm2。 ·接地线在可能范围内尽量短。由于变频器产生漏电流，与接地点距离太远则接地端子的电位不安定。
《信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计》
信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计 1简介 信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时，如指定不同的收发参考端口，则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时，对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。 电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。同样，对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言，如果指定的端口不同，其工作电源要求也不同（在随后的例子中将会直观地看到这一点）。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标，常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。 图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。
图1 背板信号传输的系统示意图 在本文的以下内容中，将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力，使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。 为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。 2 版图完整性问题、分析与设计 上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。这种层叠平板结构可以由三类元素组成：正片结构、负片结构及通孔。正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线，由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现，所以被称为正片结构，有时也被称为信号层；负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接（通常是电源连接或地连接），通常会以大面积敷铜的方式来实现，此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易，所以被称为负片结构，有时也称为平面层（细分为电源平面层和地平面层）；而通孔用来进行不同层之间的物理连接。目前的制造工艺中，无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。 1001010… -0.50.00.51.01.5 -1.0 2.0V c o r e , V
模拟量干扰解决方案
为了减少电子干扰，对于plc的模拟信号的线缆有什么要求？使用的屏蔽线缆的屏蔽层应不应接地？如果接地应如何接地？（两端，一端，那端）说说为什么？ 模拟信号的线缆主要有以下几点要求： （1）开关量信号和模拟量信号分开走，模拟信号最好采用单独屏蔽线。信号类型有条件也最好采用4-20mA，而且线径最好选大点，如果负载是电磁阀类的，最好能选1.5的线，屏蔽线也要大线径的。当然留一点的富裕量是必须的。 （2）模拟信号和数字信号不能合用同一根多芯电缆,更不能和电源线共用电缆。 （3）集成电路或晶体管设备的输入输出信号线，必须使用屏蔽电缆，在输入输出侧悬空，而在控制器侧接地。 （4）信号线缆要远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备。 （5）交流输入输出信号与直流输入输出信号应分别使用各自的电缆，并按传输信号种类分层敷设 应该接地，根据情况选择是两端还是一端接地。 （1）为了减少电子干扰对于模拟信号应使用双绞屏蔽电缆模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。 （2）但是如果电缆两端存在电位差将会在屏蔽层中产生等电线连接电流造成对模拟信号的干扰在这种情况下你应该让电缆的屏蔽层一端接地。 外部有强电流干扰，单点接地无法满足静电的最快放电。如果接地线截面积很大，能够保证静电最快放电的话，同样也要单点接地。当然了，真是那样，也没有必要选择两层屏蔽。否则，必须两层屏蔽，外层屏蔽主要是减少干扰强度，不是消除干扰，这时必须多点接地，虽然放不完，但必须尽快减弱，要减弱，多点接地是最佳选择。 比如，企业中的电缆桥架其实就是外屏蔽层，它是必须多点接地的，第一道防线，减小干扰源的强度。内层屏蔽层（其实，大家不会买双层的电缆，一般是外层就是电缆桥架，内层才是屏蔽电缆的屏蔽层）必须单点接地，因为外部强度已经减少，尽快放电，消除干扰才是内层的目的。 PLC 控制应用系统中的干扰是一个涉及到方方面面的十分复杂的问题，因此在系统的抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，根据实际应用中干扰现象分析出干扰产生的原因，从而合理有效地采取抑制干扰措施，使PLC 应用系统可靠的工作。文章从硬件电路入手，分析了常见干扰的引入途径和相应的抑制措施，为PLC 应用系统有效抑制干扰提供了
五款信号完整性仿真分析工具
SI五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在
信号完整性分析在电路设计中的应用
信号完整性分析在电路设计中的应用 引言：随着IC设计生产工艺的进步和数字电路性能要求的提高，信号完整性分析，串扰分析和EMC分析在数字电路设计中占有越来越重要的地位。很多EDA公司纷纷也推出了先进的信号完整性分析工具以及高速电路规则驱动的布线器；而设计师也需要将这些工具溶入到现有的设计流程中，有效提高设计质量。本文将探讨信号完整性前仿真，设计规则空间探测，和后仿真验证在实际电路设计中的应用，并以Motorola MPC8240 CPU单板设计为例，介绍如何将信号完整性分析应用在电路设计中。 关键词： 信号完整性，串扰，EMC，拓朴，设计空间探测 虚拟样机验证、前仿真分析，对于还习惯于原理图设计→硬件实现→样机调试的传统设计流程的工程师来讲，不仅能够有效提高一次设计的成功率，而且，通过扫描分析、设计空间探测，可以有效发现实现信号完整性的有效布线策略，加快设计进度。 在某CPU单板的设计当中，采用的核心芯片为Motorola MPC8240，系统的时钟和信号速率最高能够达到133MHz；而且，该设计中，由于部分数据，地址信号同时用于系统上电时的数据下载，信号拓朴结构比较复杂；由于要求存储空间大，CPU外围SDRAM需要多个器件，以满足数据总线宽度要求，这样，多个SDRAM数据读写同步就十分关键；MPC8240为1mm间距的BGA封装，I/0信号和内核采用不同电压，因此布线以及电源去耦也很困难。 基于拓朴结构的前仿真分析 在原理图即将设计完成之际，原理图作者与PCB设计和信号完整性分析工程师进行充分的沟通：一方面，使PCB设计和信号完整性分析工程师能够充分理解该设计的工作原理，主要信号的流向，以及所担心的高速设计问题；另一方面，PCB设计和信号完整性分析工程师预见设计中可能的困难，与原理图设计工程师协商，以便采取合适的解决方案。由于这个阶段，原理图尚未完成，所有的预见和推断都是通过拓朴结构来实现。具体工作包括以下几个方面。 1.搜集并验证器件的仿真模型。 搜集模型是仿真的第一步，一般可以通过三种途径搜索到需要的模型，首先是一些EDA厂商提供的验证过的模型，如Mentor Graphics公司ICX提供Qualified IBIS Model。这些模型一般都经过验证，可以直接拿来使用，但数量不是很多。其 次就是利用internet搜索，大部分的数字器件厂商都会在其网站上提供其器件模型，但是由于网站上资源太多（如intel, TI的）,不容易一下找到。一般可以通过EDA 厂商或EIA提供的链接很快搜索到，常用的有 https://www.360docs.net/doc/1f1610145.html,/pcb/ibis_modeling.html或 https://www.360docs.net/doc/1f1610145.html,/ibis/ibis.htm。再有就是直接向器件厂商或代理索取。后两种 方法得到的模型一般质量无法得到保证，都需要编辑校正，常用的IBIS模型验证 编辑器是Mentor Graphics公司的Hyperlynx提供的Visual IBIS Editor，可以检查模 型曲线和一般语法错误，该工具可以从https://www.360docs.net/doc/1f1610145.html,/pads/highspeed.html 免费下载。 2.创建拓朴结构仿真，选取合适的I/O配置，互连方式和匹配值。 MPC8240的数据和地址信号可以配置成不同的阻抗，如8欧姆，13欧姆，20欧姆和40欧姆，选取哪种阻抗需要根据负载的情况和工作频率的不同而定。根据
ADS信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计
信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计 李荔博士 leo_le@https://www.360docs.net/doc/1f1610145.html, 安捷伦科技 1简介 信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时，如指定不同的收发参考端口，则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时，对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。 电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。同样，对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言，如果指定的端口不同，其工作电源要求也不同（在随后的例子中将会直观地看到这一点）。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标，常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。 图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。
图1 背板信号传输的系统示意图 在本文的以下内容中，将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力，使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。 为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。 2 版图完整性问题、分析与设计 上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。这种层叠平板结构可以由三类元素组成：正片结构、负片结构及通孔。正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线，由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现，所以被称为正片结构，有时也被称为信号层；负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接（通常是电源连接或地连接），通常会以大面积敷铜的方式来实现，此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易，所以被称为负片结构，有时也称为平面层（细分为电源平面层和地平面层）；而通孔用来进行不同层之间的物理连接。目前的制造工艺中，无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。 1001010… -0.50.00.51.01.5 -1.0 2.0V c o r e , V
信号完整性工程总结
在高速电路设计中信号完整性分析 摘要： 由于系统时钟频率和上升时间的增长，信号完整性设计变得越来越重要。不幸的是，绝大多数数字电路设计者并没意识到信号完整性问题的重要性，或者是直到设计的最后阶段才初步认识到。 本篇介绍了高速数字硬件电路设计中信号完整性在通常设计的影响。这包括特征阻抗控制、终端匹配、电源和地平面、信号布线和串扰等问题。掌握这些知识，对一个数字电路设计者而言，可以在电路设计的早期，就注意到潜在可能的信号完整性问题，还可以帮助设计则在设计中尽量避免信号完整性对设计性能的影响。 As system clock frequencies and rise times increase, signal integrity design considerations are becoming ever more important. Unfortunately many Digital Designers may not recognize the importance of signal integrity issues and problems may not be identified until it is too late. This paper presents the most common design issues affecting signal integrity in high-speed digital hardware design. These include impedance control, terminations, ground/power planes, signal routing and crosstalk. Armed with the knowledge presented here, a digital designer will be able to recognize potential signal integrity problems at the earliest design stage. Also, the designer will be able to apply techniques presented in this paper to prevent these issues affecting the performance of their design. 尽管，信号完整性一直以来都是硬件工程师必备的设计经验中的一项，但是在数字电路设计中长期被忽略。在低速逻辑电路设计时代，由于信号完整性相关的问题很少出现，因此对信号完整性的考虑本认为是浪费效率。然而近几年随着时钟率和上升时间的增长，信号完整性分析的必要性和设计也在增长。不幸的是，大多数设计者并没有注意到，而仍然在设计中很少去考虑信号完整性的问题。 现代数字电路可以高达GHz频率并且上升时间在50ps以内。在这样的速率下，在PCB 设计走线上的疏忽即使是一个英尺，而由此造成的电压、时延和接口问题将不仅仅局限在这一根线上，还将会影响的全板及相邻的板。 这个问题在混合电路中尤为严重。例如，考虑到在一个系统中有高性能的ADC到数字化接收模拟信号。散布在ADC器件的数字输出端口上的能量可能很容易就达到130dB（10，000，000，000，000倍）比模拟输入端口。在ADC数字端口上的任何噪声。 设计中的信号完整性并不是什么神秘莫测的过程。对于在设计的早期意识到可能潜在的问题是很关键的，同时可以有效避免由此在后期造成的问题。本篇讨论了一些关键的信号完整性挑战及处理他们的方法。 确保信号完整性： １、隔离 一块ＰＣＢ板上的元器件有各种各样的边值（edge rates）和各种噪声差异。对改善ＳＩ最直接的方式就是依据器件的边值和灵敏度，通过ＰＣＢ板上元器件的物理隔离来实现。下图是一个实例。在例子中，供电电源、数字Ｉ／Ｏ端口和高速逻辑这些对时钟和数据转换电路的高危险电路将被特别考虑。
模拟量传感器的抗干扰措施
一、前言 模拟传感器的应用非常广泛，不论是在工业、农业、国防建设，还是在日常生活、教育事业以及科学研究等领域，处处可见模拟传感器的身影。但在模拟传感器的设计和使用中，都有一个如何使其测量精度达到最高的问题。而众多的干扰一直影响着传感器的测量精度，如：现场大耗能设备多，特别是大功率感性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰；工业电网欠压或过压（涉县钢铁厂供电电压在160V～310V波动），常常达到额定电压的35％左右，这种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时，甚至几天；各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆，信号会受到干扰，特别是信号线与交流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚；多路开关或保持器性能不好，也会引起通道信号的窜扰；空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作；此外，现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化，腐蚀性气体、酸碱盐的作用，野外的风沙、雨淋，甚至鼠咬虫蛀等都会影响传感器的可靠性。模拟传感器输出的一般都是小信号，都存在小信号放大、处理、整形以及抗干扰问题，也就是将传感器的微弱信号精确地放大到所需要的统一标准信号(如1VDC～5VDC或4 mADC～20mADC)，并达到所需要的技术指标。这就要求设计制作者必须注意到模拟传感器电路图上未表示出来的某些问题，即抗干扰问题。只有搞清楚模拟传感器的干扰源以及干扰作用方式，设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施，才能达到应用模拟传感器的最佳状态。 二、干扰源、干扰种类及干扰现象 传感器及仪器仪表在现场运行所受到的干扰多种多样，具体情况具体分析，对不同的干扰采取不同的措施是抗干扰的原则。这种灵活机动的策略与普适性无疑是矛盾的，解决的办法是采用模块化的方法，除了基本构件外，针对不同的运行场合，仪器可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可靠性。在进一步讨论电路元件的选择、电路和系统应用之前，有必要分析影响模拟传感器精度的干扰源及干扰种类。 1、主要干扰源 （1）静电感应 静电感应是由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，因此又称电容性耦合。 （2）电磁感应 当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，这一现象称为电磁感应。例如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。 （3）漏电流感应 由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。
信号与电源完整性分拆与设计-李玉山第1讲
信号及电源完整性分析与设计[Chapter1]
第一讲
高速系统设计技术及面临的挑战
(开篇)
西安电子科技大学电路CAD研究所 2010.11
李玉山
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0.0 引子-Integrity分析/Interconnect设计
● 身边的许多变化，就是信号完整性(SI)的研究成果： 计算机用USB2.0串口取代了许多并口；SMT贴装取代了 插装； FPGA 中增加了 LVDS( 低压差分信令 ) 模块及匹配设 计；PCB板采用了那么多电源/地平面。 ● 要选择更适合高速数据传输信令和接口；是USB3.0还 是 IEEE 1394b ？ 要 选 择 合 用 的 连 接 件 ( 例 如 是 Tyco 或 Amphenol-tcs)？ ● 如何提高我国高速电路信号完整性分析与设计水平？
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● 完整性(Integrity) ：信号波形、电源质量、数据时 序、电磁场秩序的完好程度，统称为广义信号完整性。 ● 互连(Interconnect)：芯片内、外连接；PCB内、外 连接；系统连接等。含信号线网、时钟网络与电源网络。 ● 高速时不当互连设计将破坏这些完整性性能。无源 互连元件正取代有源器件成为高速系统设计的主角！ ● 信号像 “列车 ”，互连像 “铁路 ”。信号不完整，全是互 连惹的祸！是数字设计师碰到的新问题！
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SI在国内既生疏又熟悉。原先对付干扰、噪声的“三大 法宝 ”是：接地、滤波、屏蔽。显得比较粗糙和感性，知 识亟待更新深化。现在，国内对SI量化和细化的研究，呈 现出浓厚的热情和较好的普及。 设计师需理解高速设计 SI 机理，掌握 SI 分析仿真技术。 近五年我们陆续翻译出版四本原著：《信号完整性分 析》、《数字信号完整性》、《抖动、噪声与信号完整 性》、《芯片及系统的电源完整性》。 自主编著的一本书《信号完整性分析与设计》(2010年 4月出版)，希望能为同行工程师们加油。
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抗干扰处理方法
PLC抗干扰处理办法一、模拟量抗干扰处理办法 、模拟量类型： 模拟量输入类型（可根据客户需求定制） 模拟量输出类型 模拟量输入抗干扰处理办法 热电偶 特点： 1.测温范围广：
2.K型：抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃，短期1200℃。 3.E型：在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用 4.J型：既可用于氧化性气氛（使用温度上限750℃），也可用于还原性气氛（使用温度上限950℃），并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工； 5.S型：抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃，短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶； 注意： 1.热电偶不能和强电放在一个线槽内 2.使用隔离型热电偶（信号线与屏蔽线分开的热电偶） 处理方法： 1.检测冷端温度，冷端（查看冷端寄存器）与室温（环境温度）是否一致，如有偏差，现将冷端修正准确； 1.冷端温度温度正常时，将EK热电偶放在外部，不接其他负载，且不能与强电放在一个线槽时检测温度（AD模拟量对应寄存器） 2.将机壳接地，EK模拟量的线上加锡箔纸，并与其它干扰源隔开 3.加104瓷片电容、磁环做防干扰处理 4.开关量信号和模拟量信号分开走，模拟信号最好采用单独屏蔽线 5.集成电路或晶体管设备的输入输出信号线，必须使用屏蔽电缆，在输入输出侧悬空，而在控制器侧接地。 6.信号线缆要远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备。 7.交流输入输出信号与直流输入输出信号应分别使用各自的电缆，并按传输信号种类分层敷设