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降低PCB设计中EMI的技术

电磁干扰(EMI)是电磁能,它通过辐射或感应破坏电子设备中的信号。从收音机上的静电到手机靠近音频设备时听到的嗡嗡声,电磁干扰一直在我们身边。

要产生EMI,您所需要的只是能量和天线。电子设备基本上是充满电磁能的电路板。您所需要的只是跨能量源的偶极子,并且您的天线可以辐射EMI。而且,由于EMI辐射会影响我们周围世界中的关键电子设备,例如飞机上的设备,因此在产品投放市场之前,您必须通过EMI / EMC法规和标准。让我们深入探讨可用于降低PCB设计中EMI的常用技术。

地平面

在许多方面,接地层都是抵御EMI产生的那种噪声的第一道防线,因为电路至少需要一个浮地才能工作。用教科书中的水类比,如果电路中的电流像是一系列水管中的水,则接地层就像是一大盆水。当水倒入盆地时,会形成波纹。这些涟漪很容易被大盆地吸收,但是如果盆地较小,它们会停留更长的时间,并在水池壁周围反弹。

在PCB中,接地层在那里为电路的返回路径提供0伏参考线到电源接地端子。但是,与盆地不同,制造“波纹”时会产生噪声,偶极子会形成,整个板都可能成为天线。这就是为什么接地层(PCB中的铜箔层)要占用电路板尽可能大的横截面积的原因。要降低整个板上的EMI,就要从有效利用接地层开始。减少地面电磁干扰的一些常见最佳做法包括:

 

  • 使用多层板。地平面太小?添加另一层可以为您提供更多关于如何处理板上高速走线的选择。差分对产生串扰?将它们放在降低噪音的内层中。

  • 小心使用分开的接地层。如果要分开接地层,请确保有充分的理由,例如分开模拟和数字接地以避免噪声耦合,因为分开的接地层可以充当缝隙天线并辐射。

  • 仅在单个点连接分离的接地平面。您拥有的公共接地连接越多,创建的环路就越多,您的设计将辐射出更多的EMI。

  • 将旁路或去耦电容器连接至接地层。如果您的
    设计中有任何一个,您可以通过将它们接地来减少返回电流路径,从而减小环路的尺寸,从而减小辐射。只是要确保不要在电源层和无关的接地层之间连接旁路电容器,否则会引起电容性耦合。

 

走线布局

迹线是板上的导电路径,在电路处于活动状态时包含流动的电子,这意味着它们只是弯曲或交叉,无法形成全辐射天线。

跟踪布局的常见最佳做法包括:

  • 避免锐角直角弯曲。电容在45°拐角区域增加,从而改变了特性阻抗并导致反射。圆角直角可以缓解这种情况。

  • 让您的信号分开。将高速走线(例如时钟信号)与低速信号分开,模拟信号与数字信号分开。

  • 保持返回路径短。

  • 差分走线的走线应尽可能靠近。这增加了耦合系数,使受影响的噪声进入共模,这对于差分输入级来说问题较少。

  • 明智地使用过孔。通孔是必需的,因为它们使您可以在布线时利用电路板上的多层。设计人员必须意识到,他们会在混合中添加自己的电感和电容效应,并且由于特性阻抗的变化会产生反射。

  • 避免在差分走线中使用过孔。如有必要,请使用两个过孔共用的椭圆形抗焊盘,以减少寄生电容。

组件安排

电子元器件是电子电路的基础。注意每个组件的EMI影响可以导致更好的PCB设计。组件布局的最佳做法包括:

 

  • 将模拟电路与数字电路分开。与走线一样,交流和直流电路应分开放置,以避免串扰和其他问题。屏蔽,利用多层优势以及使用单独的接地都是可行的选择。

  • 隔离高速组件。组件越快越小,EMI就越大。通过屏蔽和滤波来缓解CPU和GPU中高频时钟的自然EMI效应。

EMI屏蔽

某些组件将不可避免地产生EMI,这是可以的。我们可以用法拉第笼将它们屏蔽,这是一种由导电材料制成的外壳,其厚度足以阻挡RF波。尽管理想的法拉第笼应该是没有开口的导电外壳,但实际上,我们使用的是由金属或导电泡沫制成的盒子(称为垫圈)。

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