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你设计的PCB达标了吗?6个技巧教你解决EMI问题

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发表于 2021-5-8 14:55 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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电磁干扰(EMI)历来是让PCB设计工程师们头疼的一个问题,它威胁着电子设备的安全性、可靠性和稳定性。因此,我们在设计PCB时,需要遵循一定的原则,使电路板的电磁干扰控制在一定的范围内,达到设计要求和标准,提高电路的整体性能。
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4 h; p4 ~: D! @  I2 D; B
0 ^, Y  ~' v, \/ B
电磁干扰(EMI)
* v/ V. k; O9 S0 a3 x( I1 |/ |; S' S' J: C5 d6 Q1 V* A
电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能****电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。# `' S2 N' C, y5 G' }
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解决EMI问题的6个技巧
" P% K6 _9 I3 g+ w% I. i' B8 J& b3 ]% x3 X& |
为了抑制电磁干扰,可采取如下措施:" F* O  |& U0 V( l2 w$ d  {, D
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1. 将PCB接地
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2 @" k6 T5 M3 h" _$ Z7 J降低EMI的一个重要途径是设计PCB接地层。第一步是使PCB电路板总面积内的接地面积尽可能大,这样可以减少****、串扰和噪声。将每个元器件连接到接地点或接地层时必须特别小心,如果不这样做,就不能充分利用可靠的接地层的中和效果。4 h' l. y% N* Q1 x; F) O; g' b0 x

" t* S7 l' K5 _, `- s9 J: }3 P一个特别复杂的PCB设计有几个稳定的电压。理想情况下,每个参考电压都有自己对应的接地层。但是,如果接地层太多会增加PCB的制造成本,使价格过高。折衷的办法是在三到五个不同的位置分别使用接地层,每一个接地层可包含多个接地部分。这样不仅控制了电路板的制造成本,同时也降低了EMI和EMC
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2. 电源与地合理布线
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PCB电源与地的布线是否合理是整个电路板减小电磁干扰的关键所在。电源线和地线的设计是PCB中不可忽视的问题,往往也是难度最大的一项设计,设计时应遵循以下原则:
) b7 R$ K- c, u. U2 M3 }
: G9 y0 U! p1 b% r5 }a.增大走线的间距以减少电容耦合的串扰;
! O6 r/ H! ]- f+ j( i2 Q- g- z
# B- m7 _4 w/ f7 ^7 `- H4 O8 @b.电源线和地线应平行走线,以使分布电容达到最佳;
! }7 Y6 n! S. R/ m0 U2 t6 I) t( d( W$ _& B
c.根据承载电流的大小,尽量加粗电源线和地线的宽度,减小环路电阻,同时使电源线和地线在各功能电路中的走向和信号的传输方向一致,这样有助于提高抗干扰能力;( [' Q: ?9 u6 |1 Z( o$ y  ?
1 v/ y) e; z: ]; e
d.电源和地应直接走线在各自的上方,从而减小感抗和使回路面积最小,尽量使地线走在电源线下面;
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" l6 p/ s) Q" |. q1 k2 s& be.地线越粗越好,一般地线的宽度不小于3mm;
# d8 x& a* _( J) @
" Y  B+ Z' O) If.将地线构成闭环路以缩小地线上的电位差值,提高抗干扰能力;$ T0 y& d. Z# ^" i# ~. D' s
  l2 ^7 I/ ?1 w1 [+ M' O
g.在多层板布线设计时,可将其中一层作为“全地平面”,这样可以减少接地阻抗,同时又起到屏蔽作用。
  I: f$ m0 }  u% O. }/ Z
, j5 O0 z0 }- L) q0 O% I3. 滤波+ W$ _; ]  |* i; e

" O" z- y1 G3 w7 u7 e在电源线上和在信号线上都可以采取滤波来减小EMI,方法有三种:去耦电容、EMI滤波器、磁性元件。EMI滤波器如下图所示。
( L9 \- m2 H2 J) i9 I0 C1 r- P% f5 Z5 h' u( a) U& H
3 W: n' X2 M; Z( A9 }* G0 V- g" ^
, Z6 d3 i% I4 a" n2 `% k
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▲滤波器的类型
9 ?: `/ A' E( x. n, u  [# N$ y1 S& M: J6 J) M
4. 减小环路
& |0 H# [3 ]& S: F  Y' \3 o) |8 h$ |: j2 b( F
每个环路都相当于一个天线,因此我们需要尽量减小环路的数量,环路的面积以及环路的天线效应。确保信号在任意的两点上只有唯一的一条回路路径,避免人为环路,尽量使用电源层。* |3 V, m: A" P

5 w, B; T! C/ k5. 避免90°角
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为降低EMI,应避免走线、过孔及其它元器件形成90°角,因为直角会产生辐射。在该角处电容会增加,特性阻抗也会发生变化,导致反射,继而引起EMI。 要避免90°角,走线应至少以两个45°角布线到拐角处。' \; t( b% V0 u: x! n

& z0 L- I( s) k1 o2 G0 o& ^- p& e6. 电缆和物理屏蔽  `) |  f$ y; t' Y1 Q8 E5 e
. d2 y1 r- j. v5 p( y! [& h
承载数字电路和模拟电流的电缆会产生寄生电容和电感,引起很多EMC相关问题。如果使用双绞线电缆,则会保持较低的耦合水平,消除产生的磁场。对于高频信号,必须使用屏蔽电缆,其正面和背面均接地,消除EMI干扰。
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/ E: T" O( q4 u& k& o物理屏蔽是用金属封装包住整个或部分系统,防止EMI进入PCB电路。这种屏蔽就像是封闭的接地导电容器,可减小天线环路尺寸并吸收EMI。: A$ l8 z  h% o( e4 r

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发表于 2021-5-8 17:00 | 只看该作者
6个技巧教你解决PCB中的EMI问题

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发表于 2021-5-8 17:27 | 只看该作者
多谢楼主分享。7 W+ p6 D5 S$ z
对于改善EMC,个人觉得要:* i3 S. p4 N7 v# l4 k
1.关注信号回流地的连贯性,说白了就是要阻抗保持一致。1 q$ Y8 e+ S' k4 v9 P8 d
2.电源噪声要尽早排除到机壳地,散热片是噪声的良好载体。
  v9 @1 \( e! c4 A3.LDO要远离连接器,并且在开关电路di/dt剧变的电路周围,把脏地隔离开,通过电容在接到地上。
) V8 D: h+ j- g- W4.少挖槽,孔。
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