現(xiàn)已分享降低 EMI 的最佳 PCB 設(shè)計(jì)指南

電磁干擾的構(gòu)成

我們從物理學(xué)中知道，自然界有四種基本力。 它們是強(qiáng)核力（結(jié)合中子和質(zhì)子）、弱核力（允許放射性衰變）、重力（賦予物體重量或拉向更大的物體）和帶電粒子之間的電磁力（這是磁引力）。 在許多情況下，這種具有電和磁特性的吸引力是有利的。 例如，磁性元件用于促進(jìn)電機(jī)中的定子圍繞轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。 然而，在其他情況下，這種自然產(chǎn)生的力可能會(huì)給所需的電路操作帶來嚴(yán)重問題。

所有電子電路板的設(shè)計(jì)都是為了允許甚至增強(qiáng)電子流以實(shí)現(xiàn)某些性能目標(biāo)。 這個(gè)動(dòng)作——電流通過閉合路徑——產(chǎn)生一個(gè)向外投射并垂直于電流的磁場(chǎng)。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)附近有電子元件或信號(hào)路徑時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI）。 對(duì)于許多 PCBA 設(shè)計(jì)，尤其是高速電路板，控制 EMI 量是必須全面管理的首要考慮因素。 對(duì)于帶有散熱器分類模塊的電路板，常見的方法是實(shí)施EMI濾波器設(shè)計(jì)雖然濾波器很有效，但作為電路板設(shè)計(jì)人員，了解其他降低EMI的PCB設(shè)計(jì)指南可能是你必須經(jīng)常使用的工具。

EMC 和 EMI：有什么區(qū)別？

大多數(shù)PCBA并不是產(chǎn)品中唯一的電子或電氣設(shè)備。 因此，在深入研究電路板EMI問題之前，對(duì)EMI問題有一個(gè)宏觀或系統(tǒng)層面的了解是有幫助的。 正如電磁能從單個(gè)元件、導(dǎo)體或走線發(fā)射一樣，它也會(huì)從電路板本身輻射到環(huán)境中； 如果您以前沒有這樣做過，請(qǐng)將高斯計(jì)放在 PCB 附近，您將獲得讀數(shù)。 當(dāng)多塊板靠近時(shí)，實(shí)現(xiàn)電磁兼容性或 EMC 非常重要。

EMC可以被認(rèn)為是在電磁組件之間實(shí)現(xiàn)可接受的和諧或平衡，使得干擾最小或至少低到不會(huì)顯著干擾正常操作。 不幸的是，不可能消除所有 EMI； 然而，獲得 EMC 是。 EMI實(shí)際上是任何來自電磁源的干擾，通常是指對(duì)單個(gè)PCBA的干擾。 這種分類足以調(diào)查問題，因?yàn)樽畲笙薅鹊販p少電路板上和來自電路板的 EMI 有助于電路板工作環(huán)境中的 EMC。

PCB的EMI從何而來？

電磁跨越無限的頻率范圍，幾乎無處不在。 而且，如下圖所示，它是由我們?nèi)粘Ｊ褂玫暮芏喙ぞ?、設(shè)備和產(chǎn)品產(chǎn)生的。

電磁頻譜

只要有電流存在，就會(huì)有EMI的可能。 對(duì)于PCBA來說，EMI的來源可分為以下幾類之一：

成分

電子元器件——尤其是處理器、FPGA、放大器、發(fā)射器、天線等高功率設(shè)備——可能對(duì) EMI 產(chǎn)生重大影響。 此外，開關(guān)組件會(huì)產(chǎn)生破壞性干擾。

信號(hào)和軌道

EMI 也可能沿布線或引腳和連接器點(diǎn)產(chǎn)生。 例如，不平衡的差分對(duì)布線可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)沿傳輸路徑衰減和反射，這可能會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)完整性或準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào)的能力，從而導(dǎo)致不正確的電路行為。 此外，由于雜散電容，信號(hào)路徑和接地層之間可能會(huì)發(fā)生不必要的耦合。

外部來源

如果電路板距離輻射源（可能是另一塊電路板或元件）太近，則可能會(huì)將 EMI 引入您的 PCBA。 電路板環(huán)境中其他設(shè)備或裝置的振動(dòng)或移動(dòng)也可能產(chǎn)生諧波。

顯然，消除所有潛在的 EMI 源是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。 幸運(yùn)的是，可以制定降低 EMI 的 PCB 設(shè)計(jì)指南，以幫助最大限度地減少噪聲并實(shí)現(xiàn) EMC。

降低 EMI 的最佳 PCB 設(shè)計(jì)指南

了解可能影響電路板的 EMI 來源對(duì)于制定緩解 PCBA 性能持續(xù)威脅的策略至關(guān)重要。 此外，從源的角度來看，EMI，其中最小化方法是針對(duì)特定源的，可以很好地設(shè)計(jì)一套PCB設(shè)計(jì)指南來降低EMI。

降低元件EMI

如前所述，元件可能是電磁輻射的主要來源，這不僅會(huì)影響板上操作，還會(huì)損壞外部PCBA和電子電路。 因此，制定減輕其負(fù)面影響的措施（如下所列）對(duì)于良好的 EMI 降低指南至關(guān)重要。

如何降低元器件的EMI

盡可能選擇低功耗器件。

電路板上最大的 EMI 發(fā)生器之一是需要大量功率的組件。 隨著降低功耗的努力，通常可以找到不犧牲功能或質(zhì)量的替代方案。

隔離不同類型的組件

良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐是始終將處理相同類型信號(hào)的組件放在一起。 例如，數(shù)字組件應(yīng)靠近其他數(shù)字組件并與模擬設(shè)備隔離。

使用PCB圍欄

另一種降低 EMI 的方法是將組件或子電路封閉在柵欄內(nèi)； 如PCB保護(hù)環(huán)、法拉第籠等。 這些還可以有效減少對(duì)電路板周圍環(huán)境的輻射。

采用散熱技術(shù)

對(duì)于電子元件來說，能量會(huì)產(chǎn)生熱量。 因此，高效的散熱器和通孔可以極大地幫助降低 EMI。除了降低元件的EMI外，布線的運(yùn)行方式也會(huì)極大地影響電路板的EMI。

最小化 EMI 的 PCB 布局設(shè)計(jì)

布局電路板時(shí)最重要的考慮因素之一是間距。 這包括確保導(dǎo)電元件之間有足夠的間隙和爬電距離。

保持足夠的間隙對(duì)于最小化 EMI 至關(guān)重要

對(duì)于多層板，導(dǎo)電層和接地層之間的順序和距離也很重要。

如何降低信號(hào)和平面的 EMI

信號(hào)線之間留有足夠的間隙。

減少運(yùn)行之間 EMI 的最重要因素是間距或間隙。 遵循 CM 的建議，該建議應(yīng)基于 IPC 標(biāo)準(zhǔn)。

確保去耦和旁路電容器接地

雜散電容是難以避免的； 然而，可以通過將電容器盡可能靠近引腳接地來減輕其影響。

使用良好的 EMI 濾波

大多數(shù)設(shè)計(jì)，尤其是使用數(shù)字信號(hào)的設(shè)計(jì)，都包含會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真的開關(guān)器件。 在這些情況下，提高信號(hào)保真度的最佳方法是濾波。

最小化返回路徑的長(zhǎng)度

接地回路應(yīng)盡可能短。

確保差分接線相同

對(duì)于差分信號(hào)路徑，布線對(duì)必須相互鏡像。 這包括運(yùn)行長(zhǎng)度、銅重量和恒定間距。 如有必要，應(yīng)使用曲折來保持長(zhǎng)度和間距。

避免尖角

布線時(shí)，請(qǐng)使用圓邊而不是尖角，因?yàn)榧饨强赡軙?huì)因改變特性阻抗而導(dǎo)致反射。

不要將導(dǎo)電層彼此相鄰放置