PCB設(shè)計(jì)中的EMC/EMI控制技術(shù)

因此當(dāng)最小電感回流路徑恰好在信號(hào)導(dǎo)線下面時(shí)，可以減小電流環(huán)路面積，從而減少EMI輻射能量。

●關(guān)鍵信號(hào)不得跨越分割區(qū)域。

●高速差分信號(hào)走線盡可能采用緊耦合方式。

●確保帶狀線、微帶線及其參考平面符合要求。

●去耦電容的引出線應(yīng)短而寬。

●所有信號(hào)走線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離板邊緣。

●對于多點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以減小信 號(hào)反射，降低EMI輻射。

2.6 電源平面的分割處理

●電源層的分割

在一個(gè)主電源平面上有一個(gè)或多個(gè)子電源時(shí)，要保證各電源區(qū)域的連貫性及足夠的銅箔寬度。分割線不必太寬，一般為20～50mil線寬即可，以減少縫隙輻射。

●地線層的分割

地平面層應(yīng)保持完整性，避免分割。若必須分割，要區(qū)分?jǐn)?shù)字地、模擬地和噪聲地，并在出口處通過一個(gè)公共接地點(diǎn)與外部地相連。

為了減小電源的邊緣輻射，電源/地平面應(yīng)遵循20H設(shè)計(jì)原則，即地平面尺寸比電源平面尺寸大20H(見圖2)，這樣邊緣場輻射強(qiáng)度可下降70% 。

3 EMI的其它控制手段

3.1 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

●設(shè)計(jì)低阻抗電源系統(tǒng)，確保在低于fknee頻率范圍內(nèi)的電源分配系統(tǒng)的阻抗低于目標(biāo)阻抗。

●使用濾波器，控制傳導(dǎo)干擾。

●電源去耦。在EMI設(shè)計(jì)中，提供合理的去耦電容，能使芯片可靠工作，并降低電源中的高頻噪聲，減少EMI。由于導(dǎo)線電感及其它寄生參數(shù)的影響，電源及其供電導(dǎo)線響應(yīng)速度慢，從而會(huì)使高速電路中驅(qū)動(dòng)器所需要的瞬時(shí)電流不足。合理地設(shè)計(jì)旁路或去耦電容以及電源層的分布電容，能在電源響應(yīng)之前，利用電容的儲(chǔ)能作用迅速為器件提供電流。正確的電容去耦可以提供一個(gè)低阻抗電源路徑，這是降低共模 EMI的關(guān)鍵。

3.2 接地

接地設(shè)計(jì)是減少整板EMI的關(guān)鍵。

●確定采用單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地或者混合接地方式。

●數(shù)字地、模擬地、噪聲地要分開，并確定一個(gè)合適的公共接地點(diǎn)。

●雙面板設(shè)計(jì)若無地線層，則合理設(shè)計(jì)地線網(wǎng)格很重要，應(yīng)保證地線寬度>電源線寬度>信號(hào)線寬度。也可采用大面積鋪地的方式，但要注意在同一層上的大面積地的連貫性要好。

●對于多層板設(shè)計(jì)，應(yīng)確保有地平面層，減小共地阻抗。

3.3 串接阻尼電阻

在電路時(shí)序要求允許的前提下，抑制干擾源的基本技術(shù)是在關(guān)鍵信號(hào)輸出端串入小阻值的電阻，通常采用22～33Ω的電阻。這些輸出端串聯(lián)小電阻能減慢上升/下降時(shí)間并能使過沖及下沖信號(hào)變得較平滑，從而減小輸出波形的高頻諧波幅度，達(dá)到有效地抑制EMI的目的。

3.4 屏蔽

●關(guān)鍵器件可以使用EMI屏蔽材料或屏蔽網(wǎng)。

●對關(guān)鍵信號(hào)的屏蔽，可以設(shè)計(jì)成帶狀線或在關(guān)鍵信號(hào)的兩側(cè)以地線相隔離。

3.5 擴(kuò)頻

擴(kuò)展頻譜(擴(kuò)頻)的方法是一種新的降低EMI的有效方法。擴(kuò)展頻譜是將信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，把信號(hào)能量擴(kuò)展到一個(gè)比較寬的頻率范圍上。實(shí)際上，該方法是對時(shí)鐘信號(hào)的一種受控的調(diào)制，這種方法不會(huì)明顯增加時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用證明擴(kuò)展頻譜技術(shù)是有效的，可以將輻射降低7到20dB。

3.6 EMI分析與測試

●仿真分析

完成PCB布線后，可以利用EM I仿真軟件及專家系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，模擬EMC/EMI環(huán)境，以評(píng)估產(chǎn)品是否滿足相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求。

●掃描測試

利用電磁輻射掃描儀，對裝聯(lián)并上電后的機(jī)盤掃描，得到PCB中電磁場分布圖(如圖3,圖中紅色、綠色、青白色區(qū)域表示電磁輻射能量由低到高)，根據(jù)測試結(jié)果改進(jìn)PCB設(shè)計(jì)。

4 小結(jié)

隨著新的高速芯片的不斷開發(fā)與應(yīng)用，信號(hào)頻率也越來越高，而承載它們的PCB板可能會(huì)越來越小。PCB設(shè)計(jì)將面臨更加嚴(yán)峻的EMI挑戰(zhàn)，唯有不斷探索、不斷創(chuàng)新，才能使PCB板的EMC /EMI設(shè)計(jì)取得成功。