十大EMC設(shè)計注意事項

隨著對高速電路需求的增長，PCB設(shè)計正變得越來越具有挑戰(zhàn)性。除了在PCB上設(shè)計實際邏輯外，工程師還必須考慮影響電路的其他幾個方面，例如功耗，PCB尺寸，環(huán)境噪聲和EMC。以下指南將描述硬件工程師如何在PCB設(shè)計階段解決無EMC故障的系統(tǒng)中的EMC問題。

1.接地層–在設(shè)計最小化EMC的PCB時，低電感接地系統(tǒng)是最重要的元素。最大化PCB上的接地面積可減少系統(tǒng)中的接地電感，從而減少電磁輻射和串擾。

可以使用不同的方法將信號接地。不良的PCB設(shè)計是將組件隨機連接到接地點的設(shè)計。這種設(shè)計會產(chǎn)生較高的接地電感，并導致不可避免的EMC問題。推薦的設(shè)計方法是具有完整的接地層，因為當電流返回其源極時，它提供最低的阻抗。但是，接地層需要專用的PCB層，這對于兩層PCB可能不可行。在這種情況下，建議設(shè)計人員使用如圖1a所示的接地柵格。在這種情況下，接地電感將取決于柵極之間的間距。

信號返回系統(tǒng)接地的方式也非常重要，因為當信號走更長的路徑時，它會形成一個接地回路，該回路形成天線并輻射能量。因此，每條將電流帶回到源極的走線都應遵循最短路徑，并且必須直接到達接地層。建議不要將所有單獨的接地連接然后再將它們連接到接地層，因為這不僅會增加電流回路的大小，還會增加接地反彈的可能性。圖1b顯示了將組件連接到接地層的推薦方法。

使用法拉第籠子是減少由EMC引起的問題的另一個很好的機制。法拉第籠是通過在PCB的整個外圍上縫合地面并且不將任何信號路由到該邊界之外而形成的

(請參見圖1c)。這種機制限制了在籠子所定義的邊界之內(nèi)/之外，來自PCB的發(fā)射/干擾。

2.組件隔離–對于無EMC設(shè)計，PCB上的組件需要根據(jù)其功能進行分組，例如模擬，數(shù)字，電源部分，低速電路，高速電路等。每個組的軌道應留在其指定區(qū)域。為了使信號從一個子系統(tǒng)流到另一個子系統(tǒng)，應在子系統(tǒng)邊界處使用一個濾波器。

3.電路板層–從EMC的角度來看，正確布置這些層至關(guān)重要。如果使用兩層以上，則應使用一個完整的層作為接地層。對于四層板，接地層以下的層應用作電源層(圖2a顯示了一種這樣的布置)。必須注意接地層應始終位于高頻信號走線和電源層之間。如果使用兩層板，并且無法完全接地，則應使用接地格柵。如果不使用單獨的電源平面，則接地走線應與電源走線平行，以保持電源清潔。

4.數(shù)字電路–處理數(shù)字電路時，必須格外注意時鐘和其他高速信號。連接此類信號的走線應保持盡可能短，并與接地層相鄰，以控制輻射和串擾。對于此類信號，工程師應避免在PCB邊緣或連接器附近使用過孔或布線走線。這些信號也必須遠離電源層，因為它們也能夠在電源層上引起噪聲。

在為振蕩器布線時，除接地外，其他任何布線都不得平行運行或在振蕩器或其走線的下方。晶體也應保持靠近適當?shù)?a target="_blank">芯片。還值得注意的是，返回電流始終遵循最小的電抗路徑。因此，應將承載回路電流的接地走線靠近承載相關(guān)信號的走線，以使電流環(huán)路盡可能短。攜帶差分信號的走線應彼此靠近，以最有效地利用磁場抵消的優(yōu)勢。

5.時鐘終端–將時鐘信號從源傳送到設(shè)備的走線必須具有匹配的終端，因為每當阻抗不匹配時，一部分信號就會被反射。如果未采取適當措施處理此反射信號，則將輻射大量能量。有效端接有多種形式，包括源端接，端接端接，AC端接等。

6.去耦電容–電源上的任何噪聲都容易改變正在運行的設(shè)備的功能。通常，電源上耦合的噪聲是高頻的，因此需要旁路電容器或去耦電容器來濾除該噪聲。去耦電容器為電源平面上的高頻電流提供了一個低阻抗路徑。電流流向地面時所遵循的路徑形成接地回路。通過將去耦電容非常靠近IC放置，可將此路徑保持在盡可能小的水平(見圖2b)。較大的接地回路會增加輻射，并可能成為EMC故障的潛在原因。

7.理想電容器的電抗隨著頻率的增加而趨于零。但是，市場上沒有理想的電容器。此外，引線和IC封裝也會增加電感。應使用多個具有低ESL(等效串聯(lián)電感)的電容器來改善去耦效果。

8.電纜–大多數(shù)與EMC相關(guān)的問題是由承載有效充當高效天線的數(shù)字信號的電纜引起的。從概念上講，進入電纜的電流留在另一端。實際上，寄生電容和電感會發(fā)出輻射。使用雙絞線電纜可以消除任何感應磁場，從而有助于將耦合保持在低電平。使用帶狀電纜時，必須提供多個接地回路。對于高頻信號，在屏蔽層的始端和末端均接地時，必須使用屏蔽電纜。

9.串擾–串擾可以存在于PCB上的任何兩條走線之間，并且是互感和互電容的函數(shù)，互感和互電容與兩條走線之間的距離，邊沿速率和走線的阻抗成比例。在數(shù)字系統(tǒng)中，互感引起的串擾通常大于互電容引起的串擾。互感可以通過增加兩條走線之間的間距或通過減小與接地層的距離來減小。

10.屏蔽–屏蔽不是電氣解決方案，而是降低EMC的機械方法。金屬封裝(導電和/或磁性材料)用于防止EMI逃逸到系統(tǒng)之外。根據(jù)要求，可以使用屏蔽罩覆蓋整個系統(tǒng)或一部分系統(tǒng)。屏蔽層就像是一個接地的封閉式導電容器，可通過吸收和反射一部分輻射來有效減小環(huán)形天線的尺寸。這樣，屏蔽層還通過將輻射的EM能量從一個區(qū)域衰減到另一個區(qū)域，充當兩個空間區(qū)域之間的分隔壁。屏蔽層通過衰減輻射波的電場和磁場分量來降低EMI。

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