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EMI/EMC设计经典问题集(八)
80、通用电器和电子设备的地并不是earth如电子负载，在工作中为防止静电经常要带静电手环可是静电手环要是接了earth之后在工作中就会经常挨电。我测量过电子负载和地的电压为交流，而且还不稳定有100多伏。原因是什么?
答：交流电压一般来自电源滤波器对地的Y电容，耦合过来的，机壳接地就没有了。一般对Y电容的大小是有要求的，为的就是防止地线接触不好使机壳泄露出的电流过大造成人身伤害。
81、EMC问题目前解决还处于外围电路、PCB、以及结构屏蔽解决，其实EMC问题本身还与芯片内部的设计互连布线有关。下面这个问题就是一例：我在做一SOC芯片的封装设计，封装形式是PBGA，面向的PCB有四层：
signal-ground-power-signal。
在进行封装直球排布时我遇到一个问题：通常为了给信号有好的电流回流通路，减轻power/ground bounce，会在高速信号区域中按一定比例方式插入power/ground直球。我参考过intel的一些北桥或是memory control hub的封装直球分布实例，在DDR信号（高速信号）区域有的实例插入了power和ground直球，有的实例只插入了ground直球。在我看来因为DDR信号接口采用SSTL_2规范，使用的是CMOS输出电路，应该power和ground bounce都存在的，需要在DDR区域插入等比例的power和ground直球。所以对于只插入了ground直球的实例我不是很理解。
我查了一些资料，有一篇文章这么说:
most return current for a transmission line travels on the nearest reference plane regardless of the direction of current on the trace. It matters not whether the signal transitions from high-to-low or low-to-high， the return current travels on the nearest reference plane.
按照文章的意思，似乎噪声电流不在乎通过power plane或是ground plane流走。为什么会这样呢？
答1：1、对于高频信号最终都是要回流到地！所以在芯片电源管脚已经足够解决供电问题情况下优先考虑布置地管脚（直球）。
2、对于现在资料一般认为地平面与电源平面对于高速信号是一样的前提是电源平面到地平面的阻抗足够小，但现在一般单板的还做不到电源平面到地平面阻抗足够小（这是现在电源完整性研究内容），而且本身电源平面本身阻抗有时也比较大，因此在布线时还是优先考虑地平面回流。
答2：因为高频信号电流总是寻找电感最小回路返回信号源，信号频率越高电流回路耦合越紧密。一般50～100kHz以上信号就开始体现此特性。GND或POWER叠层相对信号线的瞬态阻抗为串联形式，敷铜层离信号线越远瞬态阻抗越大，因此高频回路电流只会选择最近敷铜层（镜像面）作为回路流回驱动源。如果信号换层，回路电流在信号线换层过孔处从GND和POWER敷铜平面间电容流过，且在两个层内表面扩散，该阻抗造成的信号返回压降称为地弹（GROUD BOUNCE）。
82、有的电阻标值为0欧姆，这种电阻起什么作用呢?
答: 1\在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。
2\可以做跳线用，如果某段线路不用，直接不贴该电阻即可（不影响外观）
3\在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。
4\想测某部分电路的耗电流的时候，可以去掉0ohm电阻，接上电流表，这样方便测耗电流。
5\在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个0欧的电阻
6\在高频信号下，充当电感或电容。（与外部电路特性有关）电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和IC Pin间
7\单点接地（指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。）
8\熔丝作用
*模拟地和数字地单点接地*
只要是地，最终都要接到一起，然后入大地。如果不接在一起就是"浮地"，存在压差，容易积累电荷，造成静电。地是参考0电位，所有电压都是参考地得出的，地的标准要一致，故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷，始终维持稳定，是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地，但发电厂是接大地的，板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连，会导致互相干扰。不短接又不妥，理由如上有四种方法解决此问题：
1、用磁珠连接；
2、用电容连接；
3、用电感连接；
4、用0欧姆电阻连接。
磁珠的等效电路相当于带阻限波器，只对某个频点的噪声有显著抑制作用，使用时需要预先估计噪点频率，以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况，磁珠不合。
电容隔直通交，造成浮地。
电感体积大，杂散参数多，不稳定。
0欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。
*跨接时用于电流回路*
当分割电地平面后，造成信号最短回流路径断裂，此时，信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰。
*配置电路*
一般，产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。
空置跳线在高频时相当于天线，用贴片电阻效果好。
*其他用途*
布线时跨线
调试/测试用
临时取代其他贴片器件
作为温度补偿器件
更多时候是出于EMC对策的需要。另外，0欧姆电阻比过孔的寄生电感小，而且过孔还会影响地平面（因为要挖孔）。
83、Ｄ类功放在ＰＣＢ布线时应注意那些？
答：在D类功放板中，PCB走线及表现出EMI特性的金属都应该尽可能短，包括从电源输出部分到D类放大器输出部分及从电源到扬声器间的金属连线。另一个长期困扰D类放大器的问题是它们对电源的性能极为敏感。由于放大器输出端总是对电源线路的其中之一进行直接开关控制，电源端的任何变化或波动就会体现在输出信号端，并表现为噪声或失真，因此D类放大器不仅仅是在DC部分需要具有良好负载限制、干净、低噪声的供电电流，在整个音频带内都需要这样的电源信号。这样，电源部分晶体管的工作也变得同样重要。
D类放大器中，高频脉冲中输出部分由电源电流来提供动力，同时，为了在放大器输出端产生精确的方波脉冲，供电电压必须保持稳定，其波动与噪声是严格禁止的，在这里，存储电容成为关键的元件。首先，为了保持供电电压的稳定，存储电容需要保持足够的电荷。第二，由于任何寄生电阻或干扰的影响都会从电源电容迅速地传递到输出端，必须使用Low-ESR(Effective Series Resistance)电容。PCB金属走线中的寄生电阻是相当不利于电源稳定的，应该在尽可能靠近输出部分的位置放置存储电容使寄生电阻最小化。电源供电的需求可以通过引入一个短时延迟（小于1μs）来缓解。这个延迟设置在立体声中单个的输出端或多通道系统之间。这样的延迟对于人耳来说是极为短暂的，以致于无法感觉出来。由于每个输出端的MOSFETs在不同时间进行开关动作，相当于在同一时间内减少了开关晶体管。这种技术常被称为“PWM相位”技术，并应用于许多D类IC设计中。
84、我现在遇到一个问题：USB手持设备在插拔耳唛时导致系统死锁。用示波器测量耳唛座各管脚的波形发现有瞬时冲击电压，怀疑是ESD或FTB干扰产生。当USB线使用屏蔽线时就不会出现该种情况，另外如果PC接地完好的话也不会出现这种情况，现在关键是不使用屏蔽线且要满足各种可能情况时，还有什么办法可以使用？另在地线上加上一电感后地线上的干扰明显减小，现问题是音频线路上应加什么才不会导致死机且音频信号不受影响？
答1：在耳唛座各管脚与加一个电容到地，应该可以消除尖锋脉冲。
答2：原理非常简单。模拟信息突然消失，造成干扰。如果没有良好的接地，你这种现象就非常容易发生。解决办法，提供吸收放电的电路。最的办法就是对地加电容。但这也会影响音质。在电容选择上要注意，应该是两个电容反向对接。
85、《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》对RS-485标准电气接口性能规范，要求驱动与接受端静电放电（ESD）±15KV（人体模式）。谁能告诉我(人体模式)的实验方法是怎么做的，人体模式与空气放电有哪些区别呢？
答1：机器放在一个绝缘的木板上，木板有近10cm厚，对方用了一个静电枪，对着一块金属板打6KV，而金属板平面是平行被测机器的显示控制部分，打6KV，还要拿静电枪对着机器外壳的金属部分打8KV，每隔一秒打一次。静电枪分尖头和模拟手指状的圆头。
答2：空气放电：使用钝头放电头，8KV，距离备测物约1cm远寻找放电点（金属/塑料混合外壳，如果塑料外壳则贴近寻找），如果有放电点，这进行每秒一次，每极性20次放电，每测试点一共40次放电。
接触放电：使用尖头放电头，在被测物表面寻找金属体进行接触放电，如果金属外壳面积比较大，则选定均匀的多点进行分别测试，同样是每秒一次，每极性20次放电，每测试点一共40次放电。在2种测试中，要求机器运处于正常运作状态，如果放电过程中发生故障，故障分为3级：
1，停止放电，可以自动恢复正常
2，停止放电，人工干扰操作情况下能够恢复正常
3，永久损坏
应该说，一般商用标准，1是可以接受的。
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80、通用电器和电子设备的地并不是earth如电子负载，在工作中为防止静电经常要带静电手环可是静电手环要是接了earth之后在工作中就会经常挨电。我测量过电子负载和地的电压为交流，而且还不稳定有100多伏。原因是什么?
答：交流电压一般来自电源滤波器对地的Y电容，耦合过来的，机壳接地就没有了。一般对Y电容的大小是有要求的，为的就是防止地线接触不好使机壳泄露出的电流过大造成人身伤害。
81、EMC问题目前解决还处于外围电路、PCB、以及结构屏蔽解决，其实EMC问题本身还与芯片内部的设计互连布线有关。下面这个问题就是一例：我在做一SOC芯片的封装设计，封装形式是PBGA，面向的PCB有四层：
signal-ground-power-signal。
在进行封装直球排布时我遇到一个问题：通常为了给信号有好的电流回流通路，减轻power/ground bounce，会在高速信号区域中按一定比例方式插入power/ground直球。我参考过intel的一些北桥或是memory control hub的封装直球分布实例，在DDR信号（高速信号）区域有的实例插入了power和ground直球，有的实例只插入了ground直球。在我看来因为DDR信号接口采用SSTL_2规范，使用的是CMOS输出电路，应该power和ground bounce都存在的，需要在DDR区域插入等比例的power和ground直球。所以对于只插入了ground直球的实例我不是很理解。
我查了一些资料，有一篇文章这么说:
most return current for a transmission line travels on the nearest reference plane regardless of the direction of current on the trace. It matters not whether the signal transitions from high-to-low or low-to-high， the return current travels on the nearest reference plane.
按照文章的意思，似乎噪声电流不在乎通过power plane或是ground plane流走。为什么会这样呢？
答1：1、对于高频信号最终都是要回流到地！所以在芯片电源管脚已经足够解决供电问题情况下优先考虑布置地管脚（直球）。
2、对于现在资料一般认为地平面与电源平面对于高速信号是一样的前提是电源平面到地平面的阻抗足够小，但现在一般单板的还做不到电源平面到地平面阻抗足够小（这是现在电源完整性研究内容），而且本身电源平面本身阻抗有时也比较大，因此在布线时还是优先考虑地平面回流。
答2：因为高频信号电流总是寻找电感最小回路返回信号源，信号频率越高电流回路耦合越紧密。一般50～100kHz以上信号就开始体现此特性。GND或POWER叠层相对信号线的瞬态阻抗为串联形式，敷铜层离信号线越远瞬态阻抗越大，因此高频回路电流只会选择最近敷铜层（镜像面）作为回路流回驱动源。如果信号换层，回路电流在信号线换层过孔处从GND和POWER敷铜平面间电容流过，且在两个层内表面扩散，该阻抗造成的信号返回压降称为地弹（GROUD BOUNCE）。
82、有的电阻标值为0欧姆，这种电阻起什么作用呢?
答: 1\在电路中没有任何功能，只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。
2\可以做跳线用，如果某段线路不用，直接不贴该电阻即可（不影响外观）
3\在匹配电路参数不确定的时候，以0欧姆代替，实际调试的时候，确定参数，再以具体数值的元件代替。
4\想测某部分电路的耗电流的时候，可以去掉0ohm电阻，接上电流表，这样方便测耗电流。
5\在布线时，如果实在布不过去了，也可以加一个0欧的电阻
6\在高频信号下，充当电感或电容。（与外部电路特性有关）电感用，主要是解决EMC问题。如地与地，电源和IC Pin间
7\单点接地（指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开，各自成为独立系统。）
8\熔丝作用
*模拟地和数字地单点接地*
只要是地，最终都要接到一起，然后入大地。如果不接在一起就是"浮地"，存在压差，容易积累电荷，造成静电。地是参考0电位，所有电压都是参考地得出的，地的标准要一致，故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷，始终维持稳定，是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地，但发电厂是接大地的，板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连，会导致互相干扰。不短接又不妥，理由如上有四种方法解决此问题：
1、用磁珠连接；
2、用电容连接；
3、用电感连接；
4、用0欧姆电阻连接。
磁珠的等效电路相当于带阻限波器，只对某个频点的噪声有显著抑制作用，使用时需要预先估计噪点频率，以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况，磁珠不合。
电容隔直通交，造成浮地。
电感体积大，杂散参数多，不稳定。
0欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。
*跨接时用于电流回路*
当分割电地平面后，造成信号最短回流路径断裂，此时，信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰。
*配置电路*
一般，产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置，易引起误会，为了减少维护费用，应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。
空置跳线在高频时相当于天线，用贴片电阻效果好。
*其他用途*
布线时跨线
调试/测试用
临时取代其他贴片器件
作为温度补偿器件
更多时候是出于EMC对策的需要。另外，0欧姆电阻比过孔的寄生电感小，而且过孔还会影响地平面（因为要挖孔）。
83、Ｄ类功放在ＰＣＢ布线时应注意那些？
答：在D类功放板中，PCB走线及表现出EMI特性的金属都应该尽可能短，包括从电源输出部分到D类放大器输出部分及从电源到扬声器间的金属连线。另一个长期困扰D类放大器的问题是它们对电源的性能极为敏感。由于放大器输出端总是对电源线路的其中之一进行直接开关控制，电源端的任何变化或波动就会体现在输出信号端，并表现为噪声或失真，因此D类放大器不仅仅是在DC部分需要具有良好负载限制、干净、低噪声的供电电流，在整个音频带内都需要这样的电源信号。这样，电源部分晶体管的工作也变得同样重要。
D类放大器中，高频脉冲中输出部分由电源电流来提供动力，同时，为了在放大器输出端产生精确的方波脉冲，供电电压必须保持稳定，其波动与噪声是严格禁止的，在这里，存储电容成为关键的元件。首先，为了保持供电电压的稳定，存储电容需要保持足够的电荷。第二，由于任何寄生电阻或干扰的影响都会从电源电容迅速地传递到输出端，必须使用Low-ESR(Effective Series Resistance)电容。PCB金属走线中的寄生电阻是相当不利于电源稳定的，应该在尽可能靠近输出部分的位置放置存储电容使寄生电阻最小化。电源供电的需求可以通过引入一个短时延迟（小于1μs）来缓解。这个延迟设置在立体声中单个的输出端或多通道系统之间。这样的延迟对于人耳来说是极为短暂的，以致于无法感觉出来。由于每个输出端的MOSFETs在不同时间进行开关动作，相当于在同一时间内减少了开关晶体管。这种技术常被称为“PWM相位”技术，并应用于许多D类IC设计中。
84、我现在遇到一个问题：USB手持设备在插拔耳唛时导致系统死锁。用示波器测量耳唛座各管脚的波形发现有瞬时冲击电压，怀疑是ESD或FTB干扰产生。当USB线使用屏蔽线时就不会出现该种情况，另外如果PC接地完好的话也不会出现这种情况，现在关键是不使用屏蔽线且要满足各种可能情况时，还有什么办法可以使用？另在地线上加上一电感后地线上的干扰明显减小，现问题是音频线路上应加什么才不会导致死机且音频信号不受影响？
答1：在耳唛座各管脚与加一个电容到地，应该可以消除尖锋脉冲。
答2：原理非常简单。模拟信息突然消失，造成干扰。如果没有良好的接地，你这种现象就非常容易发生。解决办法，提供吸收放电的电路。最的办法就是对地加电容。但这也会影响音质。在电容选择上要注意，应该是两个电容反向对接。
85、《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》对RS-485标准电气接口性能规范，要求驱动与接受端静电放电（ESD）±15KV（人体模式）。谁能告诉我(人体模式)的实验方法是怎么做的，人体模式与空气放电有哪些区别呢？
答1：机器放在一个绝缘的木板上，木板有近10cm厚，对方用了一个静电枪，对着一块金属板打6KV，而金属板平面是平行被测机器的显示控制部分，打6KV，还要拿静电枪对着机器外壳的金属部分打8KV，每隔一秒打一次。静电枪分尖头和模拟手指状的圆头。
答2：空气放电：使用钝头放电头，8KV，距离备测物约1cm远寻找放电点（金属/塑料混合外壳，如果塑料外壳则贴近寻找），如果有放电点，这进行每秒一次，每极性20次放电，每测试点一共40次放电。
接触放电：使用尖头放电头，在被测物表面寻找金属体进行接触放电，如果金属外壳面积比较大，则选定均匀的多点进行分别测试，同样是每秒一次，每极性20次放电，每测试点一共40次放电。在2种测试中，要求机器运处于正常运作状态，如果放电过程中发生故障，故障分为3级：
1，停止放电，可以自动恢复正常
2，停止放电，人工干扰操作情况下能够恢复正常
3，永久损坏
应该说，一般商用标准，1是可以接受的。