本書從電磁兼容的基本原理出發(fā)，結(jié)合PCB設(shè)計中遇到的各種問題，全面系統(tǒng)地闡述了電磁兼容理論與PCB設(shè)計。全書共分為9章，分別介紹了： 電磁兼容概論； PCB中的電磁兼容； 元件與電磁兼容； 信號完整性分析； 電磁兼容抑制的基本概念； 旁路和去耦； 阻抗控制和布線； 靜電放電抑制的基本概念； 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與測試。本書為每章精心設(shè)置了科技簡介，內(nèi)容通俗易懂，涉及相關(guān)的前沿科技。
本書內(nèi)容簡潔，概念清楚，深入淺出，可作為高等院校電子、電氣、通信和相關(guān)專業(yè)本科生的教材，是大學(xué)高年級本科生難得的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)教材之一，也可作為相關(guān)學(xué)科教師、科研人員以及工程技術(shù)人員進(jìn)行電磁兼容分析和PCB設(shè)計的重要參考書。
《電磁兼容與PCB設(shè)計》的編寫思路來源于作者聆聽Mark I. Montrose主講的Printed Circuit Board Design Techniques for Signal Integrity and EMC Compliance課程，也包含了作者在多年教學(xué)和電路設(shè)計、PCB設(shè)計中的經(jīng)驗總結(jié)。本書內(nèi)容編排簡潔清晰，概念原理論述清楚，分析深入淺出、圖文并茂，概括和總結(jié)了電磁兼容與PCB設(shè)計中的理論和設(shè)計原則。本書涉及相關(guān)前沿科技，精心挑選了9個科技簡介，在每章*后做了簡要介紹；同時，本書配有教學(xué)建議，簡要說明了課程理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的主要知識點、重點、難點及課時分配。
前言
電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）是一門迅速發(fā)展的綜合性交叉學(xué)科，主要研究如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電子器件、電路或系統(tǒng)，都能正常工作，達(dá)到兼容狀態(tài)。電磁兼容以電磁場和無線電技術(shù)理論為基礎(chǔ)，涉及微波技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及新材料等多個技術(shù)領(lǐng)域。在電力、通信、交通、航天、軍工、計算機(jī)、醫(yī)療等各個行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。隨著電磁環(huán)境的不斷惡化，電磁干擾已經(jīng)成為電子、通信設(shè)備中必須面對的關(guān)鍵問題，電磁兼容越來越受到人們的重視。隨著高頻、高速數(shù)字通信的不斷發(fā)展和高速大規(guī)模電子系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電路設(shè)計越來越復(fù)雜，PCB集成度也越來越高，這就對從事電子或通信領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員提出了更高的要求。PCB設(shè)計又直接影響到電子、通信設(shè)備的性能。當(dāng)系統(tǒng)時鐘達(dá)到120MHz時，基于傳統(tǒng)方法設(shè)計的PCB將無法工作。因此，在PCB設(shè)計中考慮電磁兼容性已經(jīng)成為必須采取的手段。本書從電磁兼容的基本原理出發(fā)，結(jié)合PCB設(shè)計中遇到的各種問題，分9章全面系統(tǒng)地闡述了電磁兼容理論與PCB設(shè)計方法。第1章電磁兼容概論，闡述了電磁兼容的基本概念，電磁干擾的三要素以及減小干擾的方法； 第2章PCB中的電磁兼容，闡述了PCB設(shè)計的構(gòu)成，PCB中產(chǎn)生電磁干擾的原因，并對共模輻射和差模輻射進(jìn)行了分析比較； 第3章元件與電磁兼容，介紹了元器件的種類和封裝，分析了無源元件的頻率響應(yīng)以及有源器件的電磁兼容特性； 第4章信號完整性分析，闡述了信號完整性問題，PCB終端匹配的幾種方法； 第5章電磁兼容抑制的基本概念，論述了鏡像面的工作原理以及對電磁兼容的抑制作用，闡述了三種常用接地方法的特點和用途； 第6章旁路和去耦，闡述了電容器的主要用途，介紹了電容的物理特性、諧振特性、三端電容與穿心電容、電源層和接地層電容以及電容的選擇和放置； 第7章阻抗控制和布線，闡述了元件的布局、阻抗控制的基本原理，分析和討論了PCB布線中常用的四種基本結(jié)構(gòu)的特點，介紹了PCB的布線要求以及多層板的疊層設(shè)計； 第8章靜電放電抑制的基本概念，分析了靜電放電產(chǎn)生的原因、特點和危害，闡述了靜電放電的常用保護(hù)技術(shù)以及PCB中靜電放電的保護(hù)方法； 第9章電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與測試，簡要介紹了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，闡述了典型的電磁兼容測試項目，及測試中常見的試驗場地以及試驗設(shè)備，最后對靜電放電測試、浪涌抗擾度試驗、諧波電流檢測以及雷電及防護(hù)進(jìn)行了簡要說明。本書還精心挑選了9個科技簡介，在每章最后做了簡要介紹。其中包括： 電磁場對健康的影響，電磁感應(yīng)，超導(dǎo)技術(shù)，高功率微波，地線與接地電阻，吸波、透波及縮波效應(yīng)，電磁波的極化和反射，靜電力以及閃電。內(nèi)容通俗易懂，涉及相關(guān)的前沿科技。本書的編寫思路來源于聆聽Mark I. Montrose主講的Printed Circuit Board Design Techniques for Signal Integrity and EMC Compliance課程，也包含作者在多年教學(xué)和電路設(shè)計、PCB設(shè)計中的經(jīng)驗總結(jié)。本書的編寫目標(biāo)是要適應(yīng)知識更新和課程體系改革的需要，為本科通信工程專業(yè)課程的實際需求提供專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)教材，解決電磁兼容與PCB設(shè)計中的相關(guān)問題，設(shè)計出符合電磁兼容規(guī)范的高性能PCB。本書內(nèi)容編排簡潔清晰，概念原理論述清楚，分析深入淺出，圖文并茂，概括和總結(jié)了電磁兼容與PCB設(shè)計中的理論和設(shè)計原則，適用范圍廣，可作為高等院校電子工程、電氣工程、通信和計算機(jī)等相關(guān)專業(yè)本科生的教材，是大學(xué)高年級本科生難得的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)教材之一； 本書可供有關(guān)學(xué)科教師參考，也可作為從事科研和工程項目的工程技術(shù)人員、硬件設(shè)計工程師、測試工程師進(jìn)行電磁兼容分析和PCB設(shè)計的重要參考書。全書由邵小桃編寫。在編寫過程中，參考和閱讀了許多專家和學(xué)者的著作和學(xué)術(shù)論文，以及相關(guān)專家的學(xué)術(shù)講座等，在此一并對他們表示衷心的感謝！在此還要特別感謝清華大學(xué)出版社對本書進(jìn)行編輯、校對以及排版人員。本書能夠順利出版，離不開各位的辛勤工作和大力支持。由于作者水平有限，時間較緊，內(nèi)容涉及領(lǐng)域廣泛，相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，雖然付出了最大的努力，本書內(nèi)容仍然不可避免地會出現(xiàn)不當(dāng)和疏漏，敬請各位讀者和專家指正。
編者2016年7月
目錄
第1章電磁兼容概論
1.1電磁兼容與電磁干擾
1.1.1綜述
1.1.2電磁干擾與危害
1.1.3電磁兼容技術(shù)的發(fā)展
1.1.4電磁兼容的國際組織
1.1.5我國電磁兼容技術(shù)的發(fā)展
1.2電磁兼容基本概念
1.2.1電磁兼容中的常用定義
1.2.2設(shè)計中常見的電磁兼容問題
1.2.3電磁兼容設(shè)計規(guī)則與設(shè)計過程
1.2.4潛在的電磁干擾/射頻干擾輻射等級
1.3分析電磁兼容問題的五個方面
1.4電磁干擾及系統(tǒng)設(shè)計方法
1.4.1電磁干擾三要素
1.4.2如何設(shè)計出滿足電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)
1.5系統(tǒng)級電磁干擾產(chǎn)生的原因
1.6電磁兼容的單位及換算關(guān)系
1.6.1功率增益
1.6.2電壓增益
1.6.3電流增益
1.6.4電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度測量的通用單位
1.6.5單位間的互換
科技簡介1電磁場對健康的影響
習(xí)題
第2章PCB中的電磁兼容
2.1PCB設(shè)計概念
2.1.1概述
2.1.2PCB基本設(shè)計構(gòu)成
2.1.3高速PCB設(shè)計中的問題
2.1.4PCB設(shè)計常用軟件工具
2.2PCB產(chǎn)生電磁干擾的原因
2.2.1電磁理論
2.2.2磁流元與電流元的天線輻射特性
2.2.3PCB中產(chǎn)生電磁干擾的進(jìn)一步說明
2.3差模電流和共模電流
2.3.1差模電流
2.3.2共模電流
2.3.3共模電流與差模電流的比較
2.4通量消除的概念與方法
2.4.1通量消除的概念
2.4.2通量消除的基本方法
科技簡介2電磁感應(yīng)
習(xí)題
第3章元件與電磁兼容
3.1元器件概述
3.1.1元器件的種類
3.1.2元器件的組裝技術(shù)
3.1.3表面安裝技術(shù)的特點
3.2無源元件的頻率響應(yīng)
3.2.1導(dǎo)線的頻率響應(yīng)
3.2.2電阻的頻率響應(yīng)
3.2.3電容的頻率響應(yīng)
3.2.4電感的頻率響應(yīng)
3.2.5變壓器的頻率響應(yīng)
3.3有源器件與電磁兼容
3.3.1邊沿速率
3.3.2元件封裝
3.3.3接地散熱器
3.3.4時鐘源的電源濾波
3.3.5集成電路中的輻射
3.4元器件的選擇
科技簡介3超導(dǎo)技術(shù)
習(xí)題
第4章信號完整性分析
4.1信號完整性概述
4.2傳輸線
4.2.1傳輸線概述
4.2.2PCB內(nèi)傳輸線的等效電路
4.2.3傳輸線效應(yīng)
4.3相對介電常數(shù)與傳播速度
4.4反射和衰減振蕩
4.4.1反射
4.4.2衰減振蕩
4.5地彈
4.6串?dāng)_
4.6.1串?dāng)_及消除
4.6.23W原則
4.7PCB終端匹配的方法
4.7.1串聯(lián)終端
4.7.2并聯(lián)終端
4.7.3戴維南網(wǎng)絡(luò)終端
4.7.4RC網(wǎng)絡(luò)終端
4.7.5二極管網(wǎng)絡(luò)終端
4.7.6時鐘走線的終端
4.7.7分叉線路走線的終端
4.8電源完整性分析
4.8.1電源完整性分析概述
4.8.2同步開關(guān)噪聲
4.8.3電源分配設(shè)計
4.9信號完整性常用設(shè)計工具介紹
4.9.1APSIM軟件介紹
4.9.2SPECCTRAQuest
4.9.3ICX
4.9.4SIwave
4.9.5HotStage 4
4.9.6SIA3000信號完整性測試儀
科技簡介4高功率微波
習(xí)題
第5章電磁兼容抑制的基本概念
5.1鏡像面
5.1.1概述
5.1.2鏡像面的工作原理
5.2元件間環(huán)路面積的控制
5.3三種主要的接地方法
5.3.1接地基本概念
5.3.2接地方法
5.4分區(qū)法和隔離法
5.4.1分區(qū)法
5.4.2隔離法
科技簡介5地線與接地電阻
習(xí)題
第6章旁路和去耦
6.1電容的3個用途
6.1.1去耦電容
6.1.2旁路電容
6.1.3體電容
6.2電容與諧振
6.2.1諧振電路
6.2.2電容的物理特性
6.2.3電容的諧振特性
6.3并聯(lián)電容器
6.3.1并聯(lián)電容器的工作特性
6.3.2并聯(lián)電容器的計算
6.4三端電容與穿心電容
6.4.1三端電容的工作特性
6.4.2穿心電容的工作特性
6.5電源層和接地層電容
6.5.1電源層和接地層的電容
6.5.220H原則
6.6電容的選擇與放置
6.6.1電容選擇
6.6.2去耦電容的選擇
6.6.3大電容的選擇
6.6.4電容的放置
科技簡介6吸波、透波及縮波效應(yīng)
習(xí)題
第7章阻抗控制和布線
7.1元件的布局
7.1.1PCB布局
7.1.2PCB分層
7.2阻抗控制
7.2.1微帶線結(jié)構(gòu)
7.2.2嵌入式微帶線
7.2.3單帶狀線結(jié)構(gòu)
7.2.4雙帶狀線結(jié)構(gòu)
7.2.5差分微帶線和帶狀線結(jié)構(gòu)
7.2.6布線考慮
7.2.7容性負(fù)載
7.3走線長的計算
7.4PCB板的布線要點
7.4.1布線基本要求
7.4.2單端布線
7.5多層板的疊層設(shè)計
7.5.1四層板
7.5.2六層板
7.5.3八層板
7.5.4十層板
科技簡介7電磁波的極化和反射
習(xí)題
第8章靜電放電抑制的基本概念
8.1靜電放電現(xiàn)象
8.1.1靜電放電
8.1.2靜電放電的危害
8.2靜電放電保護(hù)技術(shù)
8.2.1器件的防護(hù)
8.2.2整機(jī)產(chǎn)品防護(hù)
8.2.3PCB靜電放電保護(hù)
8.2.4環(huán)路面積的控制
8.2.5靜電放電中的保護(hù)鑲邊
8.3ESD常見問題與改進(jìn)
科技簡介8靜電力
習(xí)題
第9章電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)與測試
9.1電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)
9.2電磁兼容測試
9.2.1試驗場地
9.2.2試驗設(shè)備
9.2.3靜電放電測試
9.2.4浪涌抗擾度試驗
9.2.5諧波電流檢測
9.3雷電及防護(hù)
9.3.1雷電的形成
9.3.2雷電中的電磁現(xiàn)象
9.3.3雷擊的形成
9.3.4雷電對人身的危害
9.3.5雷電的防護(hù)
科技簡介9閃電
習(xí)題
附錄A電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)
附錄B部分電磁兼容國際標(biāo)準(zhǔn)
附錄C部分常用元件的封裝
參考文獻(xiàn)
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