硬件設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)第二篇 如何做好電磁設(shè)計(jì)

　　電路設(shè)計(jì)中的電磁設(shè)計(jì)是否合理，經(jīng)常決定這產(chǎn)品能否通過(guò)相關(guān)認(rèn)證和流向市場(chǎng)。在電磁設(shè)計(jì)中通常關(guān)注電磁兼容和電磁干擾。電磁電磁兼容(ElectromagneticCompatibility EMC)，指在不損害信號(hào)所含信息的條件下，信號(hào)和干擾能夠共存。電磁干擾(Electro Magnetic Interference EMI)，指某電子設(shè)備既不干擾其它設(shè)備,同 時(shí)也不受其它設(shè)備的影響。磁兼容的目的是為了保證電器組件或裝置在電磁環(huán)境中能夠具有正常工作的能力，以及研究電磁波對(duì)社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)和人體健康造成危害的機(jī)理和預(yù)防措施。

　　電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一項(xiàng)藝術(shù)和技術(shù)的結(jié)合，同時(shí)還需要依靠各種經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)知識(shí)。下文介紹本人在做電路電磁設(shè)計(jì)中的十點(diǎn)感悟。

　　第一、 重要電源輸出端口位置預(yù)留設(shè)計(jì)元件位置

　　現(xiàn)在很多芯片都具有內(nèi)部電源控制單元，利用芯片的高集成度的特點(diǎn)添加相應(yīng)的電壓模塊，比如常見(jiàn)的1.8v，1.35v等等。在設(shè)計(jì)中，研發(fā)人員為了降低產(chǎn)品價(jià)格，通常利用這些電源模塊的電源給系統(tǒng)供電。如果利用這些電源給射頻模塊供電，那么要預(yù)留RC濾波器或者LC濾波器或者磁珠的位置，用來(lái)消除高頻干擾。

　　第二、 利用基礎(chǔ)重要，位置擺放合理

　　在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵元件的擺放非常重要，比如上面一條所提及的電源路徑上的RC濾波器或者LC濾波器或者磁珠的位置需要特別關(guān)注。在物理學(xué)上的楞次定律(感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化)能很好的解決電源回路上電流流經(jīng)電感時(shí)的電磁現(xiàn)象。

　　第三、 回路最小，走線短小精悍

　　電子電路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常提及的就是電流回路最小，元件之間的連線盡量短。之所以這么做，一方面電路回路小，電路回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)就較小。為滿足電路回路小常用的方法是電流回路盡量接近，如果功能允許，將各個(gè)功能模塊盡量接近，減小走線的距離以此來(lái)減小電磁干擾。

　　第四、 利用好參考設(shè)計(jì)

　　牛頓大師曾經(jīng)說(shuō)站在巨人的肩膀上才取得了巨大的成就。現(xiàn)在各種芯片的供應(yīng)商經(jīng)常給出了參考設(shè)計(jì)用來(lái)降低研發(fā)設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。在參考設(shè)計(jì)中不但給出了元件的擺放位置，走線路徑，鋪銅形狀，甚至給出了參考設(shè)計(jì)各種測(cè)量參數(shù)，這對(duì)研發(fā)來(lái)說(shuō)是十分重要的助手。

　　第五、 找出問(wèn)題出現(xiàn)位置，測(cè)量出其頻率

　　一旦設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在電磁兼容檢測(cè)中出現(xiàn)問(wèn)題，首先我們要進(jìn)行電磁兼容位置的確定和路徑的確定。相信各位工程師在檢測(cè)電磁兼容上各有各的招數(shù)。一旦確定好電磁兼容出現(xiàn)的位置就要測(cè)量出其頻率，通過(guò)比對(duì)板子元件和芯片的特性找到根源，利用第一條設(shè)計(jì)中預(yù)留的元件位置進(jìn)行處理。

　　第六、 調(diào)整元件參數(shù)

　　在第一條中我們說(shuō)了預(yù)留RC濾波器或者LC濾波器或者磁珠的位置，用來(lái)消除高頻干擾的方法，通過(guò)更換RC或者LC或者磁珠的參數(shù)，來(lái)進(jìn)行干擾的消除。從原理上說(shuō)，電磁干擾的根本就是超過(guò)一定頻率的干擾沒(méi)有過(guò)濾掉，此時(shí)通過(guò)修改RC或者LC或者磁珠的參數(shù)來(lái)修改濾波器的截止頻率，從而達(dá)到電磁兼容整改的目的。

　　第七、 變換思維，更換元件

　　在實(shí)際情況中，研發(fā)人員經(jīng)常碰到這樣的情形：PCB設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，在整改的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)更改元件參數(shù)不能滿足整改的要求，這個(gè)時(shí)候要變換下思路，采用更換元件的方法來(lái)達(dá)到電磁兼容整改的目的。在整改電磁兼容過(guò)程中，磁珠是一個(gè)很好的選擇，通過(guò)選擇合適參數(shù)的磁珠可以達(dá)到抑制噪聲的目的。

　　第八、 重視鋪銅

　　對(duì)于PCB上的地或者電源的處理，如果板子空間和疊層足夠，研發(fā)工程師可以用來(lái)做如下的處理：地平面做完整的疊層，這樣很大程度上減小電磁干擾。對(duì)于pcb上多電源的部分，可以采用電源分割處理，這樣可以減小電流在板子上流動(dòng)帶來(lái)的干擾問(wèn)題。

　　第九、 做好隔離，避免串?dāng)_

　　現(xiàn)在的電子系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合的情況，特別是接口電路部分，射頻電路部分，模塊時(shí)鐘信號(hào)等等，都是干擾的重要來(lái)源。在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，盡量做好干擾源和其他模塊的隔離。一方面干擾源做好了隔離，對(duì)產(chǎn)品的干擾可以做更好的保護(hù)，另一方面，關(guān)鍵模塊與干擾源分離，避免了干擾對(duì)系統(tǒng)系統(tǒng)部分的影響。

　　第十、 無(wú)能為力，加上屏蔽罩

　　通過(guò)以上幾種方法的實(shí)現(xiàn)，基本上可以完成電磁兼容方面的設(shè)計(jì)，但是實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)碰到各種條件的限制，比如板子面積的影響產(chǎn)品不能做好很好的模塊隔離，產(chǎn)品成本限制不能利用更多的板層設(shè)計(jì)等等，這個(gè)時(shí)候只能采用最后的法寶—屏蔽罩隔離。我們拆手機(jī)或者其他對(duì)電磁兼容要求高的產(chǎn)品看出，關(guān)鍵射頻模塊和cpu模塊經(jīng)常有金屬屏蔽罩覆蓋，這就是其中的奧秘。

　　電磁兼容設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很考驗(yàn)研發(fā)人員基本功的設(shè)計(jì)方法，各位研發(fā)人員通過(guò)多交流多學(xué)習(xí)，相信定能獲得解決電磁兼容設(shè)計(jì)的一套方法。