怎么确保PCB电磁兼容EMC设计的首次成功

怎么确保PCB电磁兼容EMC设计的首次成功

     作为可以在电子产品中很好地实现其应用的组件的平台，PCB（印刷电路板）在组件之间的电连接以及电子设备或设备中的基础中起着关键作用。因此，其性能和质量直接导致电子产品的性能和质量，随着微电子技术的快速发展，许多电子产品趋于协同工作，使它们之间的干扰越来越多。此外，增加PCB密度导致PCB设计的质量在确定干扰和抗干扰程度方面起着关键作用，因此，除了元件选择和电路设计外，

      EMC指的是设备或系统功能，它们能够在电磁环境中正常工作，同时拒绝对环境设备或系统产生不可接受的电磁干扰。由于多种原因形成电磁干扰，主要归结为极高的工作频率或不可接受的布局或布线，在不可避免的高射频（RF）背景下，设计人员在实施PCB设计时应关注元件布局，布线，电源和接地设计，以便关注EMC，此外，对于具有不同层数的PCB，应考虑不同的设计元素以实现佳性能。

消除干扰源
1、差模电流和共模电流，差模传输和共模传输
     任何电路都包含共模（CM）电流和差模（DM）电流，它们都决定了射频传输的程度，事实上，它们之间存在着巨大的灭绝。当给出一对引线或迹线和参考返回源时，可以使用任何类型的电流，一般而言，DM信号携带数据或有用信息。然而，共模对EMC造成的大部分麻烦都是DM电流的负面影响。

      DM传输通常被定义为从线到线的传输，而CM传输通常被定义为从线到地的传输，闭环产生的场强可以通过公式计算出来，E指大场强（μV/ m）; [R指闭环与测量天线之间的距离（m）; f指频率（MHz）; 我小号是指电流（mA）; A指的是环路面积（cm²）。

基于上面的公式，清楚地表明场强与环区域成正比，为了降低DM传输电平（TL），应该缩小环路面积以减少源电流。

      电压降导致的CM辐射导致部分接地电压高于参考接地电压。与有影响的接地系统连接的电缆被认为是作为CM辐射的组成部分的天线，远场分量可用公式表示，K表示传输系数; 我指的是CM电流（A）; l指电缆长度（m）; f指传输频率（MHz）; r指距离（m）。

该公式清楚地表明场强与电缆长度成正比，CM传输减少取决于CM电流减小和电缆长度降低。

2、CM和DM之间的转换
     当具有不同阻抗的两条信号线可用时，DM和CM可以相互转换，阻抗主要由与物理跟踪相关的引线或梳形电容器和电感器决定。对于大多数PCB的跟踪，应将寄生电容和电感很好地控制到小，以便可以避免产生CM和DM。因此，对环境敏感的电路必须通过某种方法达到平衡，使得每个导体的引线或梳形电容等于寄生电容。

阻止CM和DM干扰的一般方法
      阻止CM和DM电流和RF干扰的基本原则在于电流容量偏移或电流容量小化。当电流以迹线流动时，产生磁力线，导致电场的出现。两个场都能够辐射射频能量。如果磁力线偏移或减小到小，则RF能量将不再存在，这将终阻止干扰。可以遵循的具体措施或规则将在本文的后半部分讨论。

3、考虑串扰问题
      作为PCB设计的关键要素，必须在整个过程的每个环节中仔细考虑串扰。串扰是指迹线，引线，电缆束，元件或其他易受电磁干扰影响的电子元件之间的不需要的电磁耦合。

      作为领先的EMI（电磁干扰）传输方法，串扰往往会导致迹线之间的干扰，串扰可分为电容耦合和电感耦合。前者通常源于迹线位于其他迹线或参考平面上的事实，后者通常来自物理上彼此接近的迹线，在并行跟踪方面，串扰具有两种模式：前向和后向。对于PCB，后向串扰比前向串扰更值得考虑，在电路中，较大的阻抗在功率和干扰迹线之间，串扰电平较高。可以通过增加迹线与传输线或引线之间的边缘到边缘距离或小化迹线与参考平面之间的距离来控制电感串扰。

数字信号频谱分析
      数字信号的属性是方波，方波信号由基波和许多谐波正弦组成，傅立叶变换可用于捕获数字信号的频率范围波形。因此，脉冲重复周期越短，其重复频率越高，谐波频率也越高，从理论上讲，方波的上升时间为零，因此谐波含量是无限的，但是，它是一个梯形波形，包括上升沿和下降沿。

脉冲时域和频域转换（傅里叶变换）
傅里叶变换使矩形脉冲分解成余弦或正弦波，符合公式。在该等式中，AD n指的是每个余弦波形的幅度; n指谐波计数; w指角频率。

4、去耦和接地
      低通滤波器由电感和电容组成，能够滤除高频干扰信号，线路上的寄生电感会减慢电源供应，使驱动设备的输出电流下降。适当放置去耦电容器和应用电感器和电容器的储能功能，可以在开关瞬间为器件提供电流，在直流回路中，负载变化会引起电源噪声，去耦电容器配置可以阻止由于负载变化而产生噪声。

接地设计
对于电子设备，接地是控制干扰的关键方法。如果接地与屏蔽措施正确结合，大多数干扰问题都将得到解决。

组件布局和布线
      电路布局直接决定了电磁干扰的程度和抗干扰强度，适当的布局不仅可以提高电路效率，还可以提高整个系统的EMC，单元电路的工作频率越高，速度越高，信号频谱越多样化。因此，高频分量的比例越高，干扰就越强。从频率的角度来看，首先是高频电路，然后是中频电路，后是低频电路。然而，从逻辑速度的角度来看，首先是高速电路，然后是中速电路，后是低速电路。根据该理论，应该实现符合以下设计的电路布局。

良好的EMC设计是电磁兼容测试成功的前提，环测威检测专业解决电磁兼容EMC认证问题，提供全套整改方案和设计指导，详情咨询环测威工程师！

认证电话：4008-707-283

阅读本文的人还阅读了：