通信接口EMC设计.pdf

1、港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 1 页共 22 页 港湾网络中试 机电设计部 文 件 编 号 文件版本 QB-HN-0039-2003 A0 共 22 页 单 板 接 口 电 路 EMC 设 计 规 范 港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 2 页共 22 页 前 言 本规范起草单位： 中试机电设计部 本规范主要起草人：程国军、蒋万良 本规范批准人：马庆 本规范修改记录：见电子流评审流程 S000085 港湾网络有限公司技术文件 内部公开 此版权归港湾网络有限公司所有 翻录必究 第 3 页共 22 页 目

2、 录 1 目的 .4 2 范围 .4 3 定义 .4 4 引用标准和参考资料 .4 5 接口电路 EMC 设计基本原则 4 5.1 基本原则 4 5.2 基本滤波电路及器件 5 5.3 基本防护电路及器件 8 6 以太网通信接口电路 EMC 设计 .9 6.1 概述 .9 6.2 以太网通信接口滤波设计 .9 6.3 RJ45 接口连接器 12 7 E1/T1 接口电路 EMC 设计 13 7.1 滤波电路设计 . 13 7.2 E1/T1 防护电路设计 .14 8 串口电路 EMC 设计 16 8.1 滤波电路设计 . 16 8.2 防护电路设计 . 17 9 用户电路 EMC 设计 19

3、9.1 滤波设计 19 9.2 防护电路设计 . 20 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 4 页共 22 页 港湾网络有限公司技术规范 常见通信接口电路 EMC 设计规范 1 目的 本指导书旨在规范公司内接口电路 EMC设计，保证接口电路 EMC设计的统一性、正确性和可靠性，实现资源共享，提高公司产品的开发效率。 2 范围 本指导书说明了公司产品相关接口电路的 EMC设计考虑。 本指导书适用于产品相关接口电路 EMC设计，由于滤波和防护器件的不断发展，有关电路会将进行相应的修改和补充，本 设计指导书将进行不定期的修订，以最新的设计指

4、导书为准。同时由于不同产品的电路上的差异性，在滤波及保护电路的形式和参数上应根据具体电路进行修改。 3 定义 无 4 引用标准和参考资料 无 5 接口电路 EMC设计基本原则 接口电路是否进行了有效的 EMC设计，直接关系到整机是否能通过 EMC测试。接口电路的 EMC设计包括接口电路的滤波电路设计和接口电路的防护设计。接口电路滤波设计的目的是减小系统通过接口及电缆对外产生的辐射，抑制外界辐射和传导噪声对整机系统的干扰；接口防护电路设计的目的 是使电路可以承受一定的过电压、过电流的冲击。 5.1 基本原则 接口滤波电路和防护电路设计应遵循下面的基本设计原则： 1、滤波和防护电路对接口信号质量的

5、影响满足要求。 2、滤波和防护电路应根据实际需要设计，不能简单拷贝。 3、需要同时进行滤波电路和防护电路时，应保证先防护后滤波的原则。 4、接口芯片 ，包括相应的滤波、防护、隔离器件等，应尽可能沿信号流方向成直线放置在接口连接器处。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 5 页共 22 页 5、接口信号的滤波、防护、隔离器件等尽可能靠近接口连接器处，相应的信号连接线必须尽可能短（符合工艺要求条件下的最短距离）。 6、接口变压器要就近放置在连接器附近，通常在对应接口连接器 3cm以内。 7、模拟信号接口和数字信号接口、低速逻辑信号接口和高

6、速逻辑信号接口等（以敏感和干扰发射程度来区分），它们之间要间隔一定距离放置。当连接器之间存在相互干扰的可能时，必须采取隔离、屏蔽等措施。 8、同一接口连接器里存在不同类型的信号时，必须用地针隔离这些信号，特别是对于一些比较敏感的信号。 9、接口信号线走线的线宽应始终一致。对于高速信号线，如果走线有需要弯曲的地方，则应采用圆弧平滑地弯曲走线。 10、禁止在差分线和信号回线之间走其他信号 线，差分对线对应的部份应平行、就近、同层走线，且走线的长度尽可能一致。 11、当接口信号线较长（从驱动、接收器到接口连接器超过 2.5 cm ），应按传输线布线方法，使走线满足规定的特性阻抗。 12、所有的信号走

7、线不能跨平面走线，除非已经过隔离滤波器。 13、接口信号连接器建议选用带屏蔽外壳的连接器，尤其是高频信号连接器。 14、连接器的金属外壳应与机壳保持良好的电连续性，对于能够 360度环绕的连接器，则必须 360 度环绕连接，而且通常连接阻抗要小于 1m 。 15、对于不能进行 360 度环绕连接的连接器 ，则建议采用外壳四周有向上簧片的连接器，而且簧片必须有足够的尺寸和性能（弹性），以保持与机壳间有良好的电连接。 16、滤波连接器对产品 EMC性能往往有很大的帮助，但其成本比较高，通常在采用板内滤波、电缆屏蔽等方法能解决问题的情况下，就不采用滤波连接器。滤波连接器通常用在一些特殊的情况下，如严

8、格的军标要求、恶劣工业环境的小批量应用以及一些特殊情况下的运用等（比如结构尺寸限制等）。 17、屏蔽线的屏蔽层要尽可能与接插件外壳保持 360 度的连接。对于做不到这一点的接口，通常有其他对应的措施，来保证接口的 EMC性能 。 18、接口信号线和接口芯片 必须遵守供应厂商或标准的要求进行阻抗匹配、滤波、隔离、防护等。 5.2 基本滤波电路及器件 滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈构成的频率选择性网络，港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 6 页共 22 页 低通滤波器是电磁兼容抑制技术中普遍应用的滤波器，低频信号可以很

9、小的衰减通过，而高频信号则被滤除。为了减小信号线缆对外辐射，接口电路（如网口、模拟用户口、E1等）接口电路必须进行滤波设计。由于专用 EMI器件的价格逐渐降低，进行产品接口滤波电路设计时，主要采用专用 EMI抑制器件构成滤波电路，这些器件包括三端电容、铁 氧体磁珠、共模扼流圈等。 EMI器件的性能指标主要是插入损耗，插入损耗的定义如下图所示： 普通电容的插入损耗与三端电容插入损耗的对比如下，三端电容有较好的 EMI 抑制作用。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 7 页共 22 页 MURATA提供的 NMF51R 系列 EMI 滤波

10、器会提供更佳的滤波效果 铁氧体磁珠的插入损耗特性（以 MURATA的 BLM11A/P系列为例）： 共模扼流圈的插入损耗特性（以 TDK公司的 ZJY51R5-2PB为例）：港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 8 页共 22 页 在进行接口滤波电路设计时主要考虑滤波电路（器件）的插入损耗特性。 5.3 基本防护电路及器件 防护电路包括差模防护设计和共模防护设计，在电路设计时要考虑保护器件的功率、启动电压、结电容等特性，保证有效防护和对信号质量的影响满足要求。 差模防护电路设计如下图所示： 共模防护电路设计如下图所示： 港湾网络有限公司

11、技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 9 页共 22 页 板级电路防护采用的器件主要包括 TVS、 TSS、压敏电阻。能提供上述保护器件的公司有 PROTEK公司提供 TVS器件， PI公司提供 TSS器件， SIMENS和国内相关企业可以提供压敏电阻。 6 以太网 通信接口电路 EMC设计 6.1 概述 以太网接口作为一种宽带网的基本通信接口在公司的产品中得到了大量应用。主要包括 10M 和 100M 的以太网接口， 10M 物理层芯片公司优选 LXT905PC ， 10M/100M 物理层芯片公司优选 LXT970AQC 、 LXT971 、 LX

12、T974 、 LXT9781 、 LXT9782 、 S82559 等，由于芯片本身的特点，在滤波和防护电路设计有所区别。 网口的滤波设计主要通过选择合适的具有 EMI 抑制作用的接口变压器来实现，同时优化 PCB 设计，不建议在网口设计上加保护电路设计。 6.2 以太网通信接口滤波设计 10M网口滤波设计采用两种设计方案，一是采用外加共模扼流圈的形式，另一种是采用 PULSE公司提供的具有 EMI抑制作用的接口变压器。采用外加共模扼流圈设计滤波电路时，不仅要考虑对干扰的共模抑制作用，还要考虑共模扼流圈的差模抑制作用，因此只建议在 10M网口滤波设计时可采用外加共模扼流圈形式。而 100M网口

13、 滤波设计时不建议采用外加共模扼流圈，而采用具有 EMI抑制作用的接口变压器。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 10 页共 22 页 共模扼流圈推荐使用： MURATA的 PLM250S50， PULSE公司的 PE68627、 PE-67501等。 PCB 设计时，将共模扼流圈尽量靠近 RJ45 连接器。 直接选用具有 PULSE 公司提供的 EMI 抑制作用的接口变压器可以有效的实现EMI 抑制作用，如 PE-68515、 PE-68515L、 H1012、 PE-68517、 PE-68517L、 H1089 等。接口变压器

14、应尽量靠近 RJ45 连接器。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 11 页共 22 页 100M网口设计时必须设计 Bob smith 电路：可以产生 10dB的共模 EMI衰减，为 了更好的抑制共模信号通过线缆对外的辐射应注意下面几点： 1 、不用的 RJ45管脚 4 、 5、 7、 8按下图的方法处理。 2 、物理芯片侧的变压器中心抽头需通过 0.01-0.1uf的电容接地。 3 、物理芯片侧的差模电阻（收端）应等分为二（ 100分为两个 49.9），中心点 通过 0.01uf电容接地。 以 82559为例说明网口设计 PCB注

15、意点，布局如下： 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 12 页共 22 页 A、 B要求尽量短， A不得超过 1英寸， B可以根据实际情况放宽。接口变压器 PCB设计如下： 6.3 RJ45接口连接器 以太网通信接口连接器必须采用屏蔽接口连接器，根据需要可以采用 RJ45滤波连接器， PULSE可以提供此种连接器，其型号为： J0026D系列、 J0011D系列，其内部结构如下：内部包括接口变压器、滤波电路。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 13 页共 22 页 7 E1

16、/T1接口电路 EMC设计 7.1 滤波电路设计 采用共模扼流圈滤波与保护电路的具体电路形式如下： 用三端 EMI 电容进行 滤波设计时，应将防护电路置于滤波电路之前，电路形式如下： 根据由于信号线引起的辐射频段选择共模扼流圈的参数，推荐使用 MURATA 的PLM250H/250S 系列、 PULSE公司的 T8005、 T8006、 T8008，三端滤波器件推荐选用MURATA公司的 NMF51R 系列。 PCB 设计时，滤波器和保护电路应尽量靠近接口连接器。 目前 PULSE 公司已经可以提供接口变压器与共模扼流圈集成在一起的产品可以提供如下选择： 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内

17、部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 14 页共 22 页 IC芯片 接口变压器 T7688 T1214 DS2154、 DS21554 T1213 LXT384 T1207 PEB2254 T1215 PEB22554 T1219 7.2 E1/T1防护电路设计 1） DS2154、 DS21554 基本防护电路 DS21554 基本防护电路 DS21554 基本防护电路如上图所示，图中： U1、 U2为 ST公司的 TPN3021(编码： 11020016) D1-D4为 PROTEK公司的 PSOT05C（编码： 11020015） R5、 R6、为 1/8W 8.2

18、欧姆表贴电阻。 E1接口收发信号线屏蔽层接地。 2） PEB2254和 PEB22554基本防护电路 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 15 页共 22 页 图 3.2 PEB2254和 PEB22554 基本防护电路 PEB2254和 PEB22554 基本防护电路如图 3.2所示，图中： U1、 U2为 ST公司的 TPN3021(编码： 11020016) D1-D4为 PROTEK公司的 PSOT05C (编码： 11020015 ) （如果结电容较大可选用PSOT05LC） R5、 R6为 1/8W 10欧姆表贴电阻 E1

19、接口收发信号线屏蔽层接地 3） DS21Q354和 DS21Q554 基本防护电路 DS21Q354、 DS21Q554的基本防护电路形式与 DS21554相同，对于 DS21Q354的D1-D4选用 PROTEK公司的 PSOT03C（如果结电容较大可选用 PSOT03LC）， DS21Q554 的 D1-D4选用 PROTEK公司的 PSOT05C（如果结电容较大可选用 PSOT05LC）。 E1接口收发信号线屏蔽层接地。 4 ） LXT384 基本防护电路 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 16 页共 22 页 LXT384

20、基本防护电路如图上所示，图中： D1和 D3选用 PSOT05C (编码： 11020015 ) 。 Txline和 Rxline侧需接入 TPN3021 (编码： 11020016) 。 TVS1需选用 Vwm为 5V（ TVCC=5V）的双向 TVS器件。 E1接口收发信号线屏蔽层接地。 对于 LXT384可以采用 PULSE公司提供的 T9030实现滤波和防护设计， T9030提供 4路E1/T1接口，内部结构如下图所示： 8 串口电路 EMC设计 8.1 滤波电路设计 V24、 V35 业务接口建议采用屏 蔽电缆和屏蔽连接器，目前公司已经有编码，但 在港湾网络有限公司技术规范 保密文件

21、 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 17 页共 22 页 电路设计时也根据需要考虑滤波电路设计，由于 V24、 V35 需要进行滤波处理的线数较多建议使用铁氧体磁珠和三端电容构成滤波电路，基本电路形式如下： 根据 V24、 V35 对外辐射的频段进行器件参数选择，推荐使用 MURATA 公司 BLM系列磁珠和 NMF51R、 NFA81R62R41R、 NFA3216G 系列三端 EMI 滤波器和 TDK公司的 EMI 器件。 PCB 设计时 EMI 滤波器尽量靠近接口连接器。 RS232、 RS422、RS485 接口 滤波设计可以参照上述电路设计。 8.2 防护电

22、路设计 1、 RS232/V24/V35 电路防护设计 V.24(V.28)接口与 RS-232-D接口是一致的， V.24接口特性由 ITU-T制定 的标准，RS-232-D接口特性由 EIA制定标准。 根据 EIA RS232标准，该接口 允许的最大数据传输率为 20Kbit/s。 根据邮电通讯网技术体制“数字数据网（ DDN）技术体制”（暂行规定）中规定：当 用 户 速 率 20Kbit/s时，使用 V.24接 口 。 当 用 户 速 10Mbit/s时，使用 X.21、 G.703、V.35接 口。 根据 ETSI 300 386和 EN50082电磁兼容性标准要求，当信号线的长度大于

23、 10米时，需要进行 SURGE测试，对于业务接口如 V24、 V35建议其电缆长度设计小于 10米。 接口芯片应选用 AMD208E这种满足一定 EMC标准的接口芯片。需要设计防护电路时，参照下图。调试串口或不需要进行 SURGE测试的串口采用 ESD14V2L(编码：11020023)，需要进行 SURGE测试的串口采用 SA15A9630。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 18 页共 22 页 2、 RS422防护电路设计 RS422 标准只是一个电气 特性的标准，它适用于 多个站之间长距离高速通讯。 主要特点如下： 1 ）

24、平衡差分接口； 2 ）支持点对多点之间的通信； 3 ）可驱动 10 个负载； 4 ）最高速率可达 10Mbps 。 RS422 接口芯片采用 26C31 和 26C32 ，可用于板间互相通信和对外通信， 框间通信时（小于 10 米）可根据需要确定是否加保护电路，对外通信必须加保护电路设计，电路设计形式如下： Z1 、 Z2 、 Z3 和 Z4 为保护器件，可选用 P6KE6.8A 。 3、 RS485 防护电路设计 RS485 标准只是一个电气特性 的标准，而没有定义机械特性 ，它适用于多个站之间长距离高速通讯。主要特点如下： 1 ）平衡差分接口； 2 ）支持多点对多点之间的相互通信； 3 ）

25、忍受 - 7V 到 12V 共模干扰； 4 ）可驱动 32 个负载； 5 ）最高速率可达 10Mbps 。 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 19 页共 22 页 9 用户电路 EMC设计 用户电路接口包括模拟用户电路、 U接口电路、 S接口电路。 9.1 滤波设计 1、 ISDN 的 S 口、 U 口采用 MOTOROLA 的 MC145574/2 接口芯片，可以采用PULSE公司提供的 PE-65854、 PE-65855、 PE-65857 共模扼流圈，以 S 口为例电路形式如下： 上述共模扼流圈的插入损耗特性如下： 港湾网络

26、有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 20 页共 22 页 2、由于模拟用户口需要通过一定的过电压和过电流测试，在选择 EMI 滤波器件时主要采用铁氧体磁珠，选用的磁珠能够通过用户电路口的 SURGE 测试，目前推荐使用 MURATA公司的 BLM P 系列 3A（ Rated Current）器件。 有配线架保护时（用户板）电路如下： PCB设计时，铁氧体磁珠尽量靠近接口连接器。 无配线架保护时（终端设备）首先要设计 热敏和压敏保护电路，电路如下： PCB 设计时，热敏电阻、压敏电阻和铁氧体磁珠尽量靠近接口连接器。 9.2 防护电路设计 1、模拟用户口 根据 ETSI 300 386标准要求模拟用户口需要通过 4000V（ 10/700）的 SURGE测试，通过以 1060、 1511D和 61089为核心的保护电路实现，具体电路设计形式如下： 港湾网络有限公司技术规范 保密文件 内部公开 此版权归北京港 湾网络有限公司所有 翻录必究 第 21 页共 22 页 2、 U口电路防护设计 U口的防护设计要求与模拟用户口相同，由于 U口线上会有 90V左右的远供电压，在保护设计上与模拟用户电路 不同。同时 ISDN终端设备的要求更严格。因此需要采用如下的电路保护形式（压敏和接口之间串上两个热敏电阻进行过流抑制）。