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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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电磁干扰(EMI)
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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。2 H3 j6 o' Q7 a6 ?, b
! F) H: C3 s3 a1 i5 @3 t
解决EMI问题的6个技巧
, z7 n* d3 F' ^% x+ u- g1 q9 E
. S& X5 t! h+ r# ^# l为了抑制电磁干扰,可采取如下措施:
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1. 将PCB接地! r. c. s6 F4 h2 V  [, F

% `% |/ u$ _+ r! l. M1 G' F  I- r  U$ `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。
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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:  F/ R  a. F" ~  n+ t! i

9 ?9 l+ Y) I- ea.增大走线的间距以减少电容耦合的串扰;
9 V' m. U: V7 Q
6 K# @9 P8 z8 D, V; Jb.电源线和地线应平行走线,以使分布电容达到最佳;# E0 _5 U2 S+ D/ x( V
3 s* \& u* U$ [9 N4 e
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;
4 j8 u; A3 _9 R
: N8 c2 {! g7 }' D1 f+ o+ }  U! `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;
; W% w5 b7 I' F" z
) _/ {) w) n3 I# Ge.地线越粗越好,一般地线的宽度不小于3mm;
$ J; {3 C8 I1 M! Q
, j1 ]8 M" E! v7 Tf.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;; Z2 x( x. d& A- W- {
& \6 T' M" I& I) i2 ?8 Q
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。: p! A: Z( Q8 e+ l9 t

; [4 b$ \5 G) A( ]- S9 q4 r1 g, N* Z3. 滤波
# V9 G  u* V7 S3 `* Y- g- O& }7 U
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。* n; o" N9 K' r  Y9 t8 k( i& }4 p

! F8 n  O' a# A  L3 O; U . j* H4 g/ w3 ]5 _' W$ P4 ^

0 q: g: s: i7 m: J" |7 B2 _5 a% u3 I% t* s3 w) W( y& U, m
▲滤波器的类型$ Z6 E6 N8 a0 ^* S8 Z

7 Y2 j: P$ D' O* M+ n3 {4. 减小环路9 {" q4 W' s, d$ E' t; m: s
9 A0 i- `. ]+ ~( C7 O7 n5 y
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。
4 o6 I; o& {7 P% T# c8 [$ e5 ~3 Z4 ]8 L0 ]* }% f
5. 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。
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6. 电缆和物理屏蔽
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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。. P# P0 w0 f: H" e: ]) t
4 N/ \# W! G  H5 ?. _6 q* d7 m
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。
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该用户从未签到

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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

该用户从未签到

3#
发表于 2021-5-8 17:27 | 只看该作者
多谢楼主分享。- {+ Z# |/ G- F  X7 W+ |9 ~/ M
对于改善EMC,个人觉得要:
  J4 m2 E# o  L" n6 E9 H: ^/ s1.关注信号回流地的连贯性,说白了就是要阻抗保持一致。
3 ]7 X3 a" }& d9 J2.电源噪声要尽早排除到机壳地,散热片是噪声的良好载体。
* }/ q) G( L' D$ v# C3 q3.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。
7 f6 p% N2 V/ K& f4.少挖槽,孔。
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