新一代電子技術(shù)可以提高組件的高邊緣速度，電路工作速度的提高對(duì)PCB設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求，PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量甚至決定了元件和整個(gè)電路的工作性能，特別是考慮到成本和PCB面積以及綜合電路的功能，電磁干擾EMI（電磁接口）產(chǎn)生的來源越來越廣泛，機(jī)制復(fù)雜。
電磁干擾EMI機(jī)制和解決方案
EMI的主要元素包括電磁干擾源，傳輸路徑和干擾對(duì)象，由于元件導(dǎo)致EMI的出現(xiàn)，有必要確定易于分辨的元件和那些只能在PCB設(shè)計(jì)過程中部分解決的元件，以便在布局，布線過程中考慮它們和接地。
1、布局
在PCB布局方面，應(yīng)根據(jù)不同的功能劃分區(qū)域。不同的功能分布在不同的區(qū)域，同時(shí)必須特別注意功能區(qū)域的敏感單元。
通常PCB布局必須遵循以下原則：
a、在高速電路中，必須考慮元件引腳分布的參數(shù)，并且元件引腳的分布容量對(duì)于高速時(shí)鐘信號(hào)尤為重要。同時(shí)，必須考慮分布電感，因?yàn)樗赡軐?dǎo)致信號(hào)振蕩，從而導(dǎo)致電路功能失效。因此，在布局過程中，必須以高密度布置分布，降低引線長度以便將來布線，并且EMI的影響降低。
b、如果模擬組件和電子組件都保留在電路中，則它們必須在布局過程中獨(dú)立分配。由于數(shù)字元件的信號(hào)具有復(fù)雜的復(fù)合材料，存在多個(gè)諧波，因此對(duì)模擬信號(hào)產(chǎn)生很大的影響。因此必須非常謹(jǐn)慎地考慮它們。
C、時(shí)鐘單元在高速電路中至關(guān)重要。時(shí)鐘單元的工作機(jī)制實(shí)際上相當(dāng)于噪聲源，這意味著當(dāng)滿足某些條件時(shí)，該單元將振蕩。作為導(dǎo)電干擾和輻射干擾的重要來源，時(shí)鐘單元不得放置在PCB的邊緣。否則，EMI會(huì)變得如此嚴(yán)重。有必要將時(shí)鐘單元放置在PCB的中心，這可以大大降低電路中的EMI。
2、路由
在PCB布線過程中，在低成本的情況下，可以盡可能地?cái)U(kuò)大接地面，以減少EMI的影響，但是，在嚴(yán)格控制成本的情況下，必須仔細(xì)考慮PCB層數(shù)和堆疊順序。此外，必須考慮信號(hào)類型，并且必須獨(dú)立地對(duì)高速信號(hào)和低速信號(hào)執(zhí)行路由。此外，還必須考慮其他因素，包括噪聲源和如何加強(qiáng)噪聲抑制，阻抗匹配問題（沒有合適匹配的高速信號(hào)肯定會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射并降低電路的可靠性），以及網(wǎng)表。
a、路由的基本原則路由遵循的一般原則包括：
1）布線時(shí)應(yīng)避免使用斷點(diǎn)，這意味著應(yīng)避免使用直角，如下圖1所示。
PCB布線類型
由于直角可能會(huì)導(dǎo)致反射，因此應(yīng)設(shè)計(jì)平滑的拐點(diǎn)以避免這種現(xiàn)象。同時(shí)，關(guān)鍵信號(hào)不得超出分割區(qū)域，否則EMI將立即增強(qiáng)。常見的信號(hào)旁路是跨越不同的功率劃分區(qū)域。
2）在布局過程中，模擬元件和數(shù)字元件需要相互分開，這意味著應(yīng)該劃分它們的布線。同時(shí)，地線和電源線的寬度應(yīng)擴(kuò)大，一般規(guī)則是地線的寬度大于電線的寬度大于信號(hào)線的寬度。此外，3W原理應(yīng)充分考慮信號(hào)線的布線，而對(duì)于多層板，在內(nèi)層應(yīng)考慮20H原則，完成上述工作可以避免70％的EMI。就模擬敏感線而言，可以采取措施，例如接地。
3）對(duì)于USB2.0或其他高速差分線路的布線，應(yīng)采用耦合布線，保證差分對(duì)之間參考面的完整性。由于差分對(duì)通常是高速信號(hào)，因此不應(yīng)將布線布置在PCB的邊緣。
b、循環(huán)
在PCB設(shè)計(jì)中永遠(yuǎn)無法避免循環(huán)。循環(huán)由流出的信號(hào)形成，并且每個(gè)環(huán)在功能中起到天線的作用。為了降低PCB中的EMI，應(yīng)該減少環(huán)路的數(shù)量和環(huán)路的天線能力。這意味著在PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)了解每個(gè)信號(hào)的流向，并且必須降低高速信號(hào)的環(huán)路面積。
在電路中，常用的環(huán)路位于去耦電容所包含的功率環(huán)路中，如圖2所示。
解耦循環(huán)
如果將去耦電容放置在圖2中的左圖中，則會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的電流環(huán)，并出現(xiàn)明顯的EMI現(xiàn)象。相反，在圖2的右圖中，去耦電容緊鄰芯片放置，產(chǎn)生極小的去耦回路，其主要功能是降低電磁干擾EMI。顯示應(yīng)遵循的原則以減少循環(huán)：
1）每條信號(hào)線上的兩點(diǎn)之間只保證一條路徑。
2）在確保信號(hào)回路的情況下，應(yīng)該使用地平面，沒有阻塞。
C、PCB的地線
1）在PCB接地系統(tǒng)中，數(shù)字接地，模擬接地和系統(tǒng)屏蔽接地之間應(yīng)區(qū)分不同。磁珠和電容器用于分離數(shù)字地和模擬地，數(shù)字地和場地應(yīng)直接連接。
2）如果允許，接地線應(yīng)在PCB上加寬。
3）通過地線進(jìn)行閉合電路，以增強(qiáng)抗干擾能力，降低系統(tǒng)間的電平差。
3、過濾器設(shè)計(jì)
在高速PCB中，可以在電源線和信號(hào)線上實(shí)現(xiàn)濾波處理。常見的措施包括增加磁性過濾器組件，EMI濾波器和去耦電容器。
普通濾波電路
a、選擇去耦電容
1）在電路中，去耦電容有助于使功率平穩(wěn)，增強(qiáng)抗干擾能力。通常，陶瓷電容器由于其高穩(wěn)定性，高精度，小體積和低ESR（等效串聯(lián)電阻）而被選為去耦電容器。在電路設(shè)計(jì)中，電阻值選擇在1μF至100μF的范圍內(nèi)，同時(shí)必須根據(jù)電路考慮耐壓能力。
2)去耦電容必須緊密放在元件旁邊。
b、選擇磁性元件
磁性元件可分為電感器和磁珠，通常，電感器在電源端子的末端被拾取，而信號(hào)線之間的磁珠被拾取。在元件選擇過程中，必須考慮飽和參數(shù)。一旦磁性元件達(dá)到飽和狀態(tài)，它們就會(huì)被燒毀。此外，必須考慮磁性部件的質(zhì)量和DCR參數(shù)。
信號(hào)線中常用的措施在于在串行線上應(yīng)用磁珠以增強(qiáng)EMI容量。
添加了帶磁性元件的信號(hào)線
C、選擇EMI濾波器
具有嚴(yán)重共模干擾的區(qū)域在于有電源輸入和信號(hào)線輸出的地方。避免共模干擾的一般措施包括增加共模電感，壓敏電阻，LC電路和特定的EMI濾波器。在高速電路中，必須考慮在USB和HDMI等數(shù)字接口上進(jìn)行高速傳輸時(shí)的EMI問題。
4、信號(hào)反射
在信號(hào)傳輸中，總是期望源端子處的能量被傳輸?shù)窖b載端子，這意味著ZL應(yīng)該等于ZO。如果它們彼此不相等，則會(huì)反映部分能量。如果線路的傳輸延遲相對(duì)較長，則較強(qiáng)的信號(hào)將被反射回源終端。然后，當(dāng)產(chǎn)生振鈴時(shí)，必須改變相對(duì)大的量以進(jìn)行補(bǔ)償，如下面的圖5所示。
信號(hào)振鈴
當(dāng)信號(hào)振鈴時(shí)，電磁干擾EMI達(dá)到嚴(yán)重程度的峰值，為避免PCB設(shè)計(jì)中出現(xiàn)此類現(xiàn)象，請(qǐng)遵循表下面的原則。
信號(hào)邊沿時(shí)間（ns） 信號(hào)線長度（英寸）
5 8.6
4 6.9
3 5.1
2 3.4
1 1.7
電磁干擾EMI測(cè)試
產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，盡管有很多措施可以避免電磁干擾EMI，但在實(shí)施測(cè)試之前不會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，然后可以進(jìn)行一些修改來解決問題。
EMI測(cè)試包括測(cè)試方法，設(shè)備和測(cè)試位置，測(cè)試方法應(yīng)參考所有項(xiàng)目。如果設(shè)備無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以使用光譜儀進(jìn)行定性測(cè)試，如果需要特定的設(shè)備電磁干擾EMI值，則必須使用專業(yè)設(shè)備。至于測(cè)試位置，好在暗室進(jìn)行測(cè)試。
環(huán)測(cè)威檢測(cè)科技總部位于深圳沙井，有大型的電磁兼容EMC實(shí)驗(yàn)室，認(rèn)監(jiān)委授權(quán)CNAS機(jī)構(gòu)，上千種產(chǎn)品EMC認(rèn)證整改經(jīng)驗(yàn)，提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)，詳情咨詢工程師！
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