减少PCB设计中电磁干扰的技术

2018年8月27日,

CC by - sa 2.0 by米盖尔

电磁干扰(EMI)是通过辐射或感应干扰电子设备信号的电磁能量。从收音机的静电声到当你把手机靠近音频设备时听到的嗡嗡声，EMI无处不在。

要制造电磁干扰，你只需要能量和天线。电子设备基本上是充满电磁能的板。你所需要的只是穿过一个能量源的偶极子，你就有了一个可以辐射EMI的天线。更重要的是，因为EMI辐射会影响我们周围世界的关键电子设备，比如飞机上的设备，在你的产品进入市场之前，你必须通过EMI/EMC法规和标准。让我们深入了解您可以使用的常见技术减少PCB设计中的电磁干扰．

地平面

地平面在很多方面都是对抗电磁干扰产生的噪音的第一道防线，因为电路至少需要一个浮动的地面才能工作。用教科书上的水的比喻来说，如果电路中的电流就像一系列水管中的水，那么地平面就像一大盆水。当水流入水池时，会产生波纹。这些波纹很容易被一个大盆吸收，但如果盆小一点，它们会停留更长时间，并在盆壁周围反弹。

在PCB中，接面为电路的返回路径的电源接地端提供0伏的参考线。然而，与盆不同的是，当“波纹”产生时，噪声就会产生，偶极子就会形成，整个板就会变成天线。这就是为什么接地面，也就是PCB中的铜箔层，要尽可能多地占据电路板的截面积。在你的电路板上减少电磁干扰始于你如何有效地利用地平面。减少接地电磁干扰的一些常见最佳做法包括:

使用多层。地平面太小?添加另一个层可以为如何处理板上的高速跟踪提供更多选项。产生串音的微分对?将它们路由到内层，这样噪音就会降低。
小心使用分割的地面平面。如果您打算分割地平面，请确保您有一个很好的理由，例如分离模拟和数字地面以避免噪声耦合，因为分割地平面可以充当槽形天线和辐射。
只在一个点连接分离的地平面。您拥有的公共接地连接越多，您创建的循环越多，您的设计将辐射更多的EMI。
将旁路或去耦电容连接到接地面。如果你在你的
设计上，你可以通过将它们连接到地面来减少返回电流的路径，这就减少了回路的尺寸，从而减少了辐射。只是要确保不要在电源平面和不相关的地平面之间连接旁路电容，这可能会导致电容耦合。

跟踪布局

迹线是电路板上的导电路径，当电路处于有源状态时，其中包含了流动的电子，这意味着它们距离形成一个完全辐射的天线只有一个弯道或十字。

跟踪布局的常用最佳实践包括:

避免急转弯。45°角区电容增加，改变特性阻抗，导致反射。这可以通过直角四舍五入来缓解。
把信号分开。保持高速跟踪(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。
路由差异跟踪尽可能接近。这增加了耦合系数，将受影响的噪声带入共模，这对于差分输入级来说问题更小。
通过明智地使用。通径是必要的，因为它们允许您在布线时利用板中的多个层。设计人员必须意识到，他们将自己的电感和电容效应添加到混合中，反射可能发生在特性阻抗的变化中。
避免在不同的轨迹中使用通孔。如果必须的话，可以使用两个通孔共享的椭圆形反衬垫来减少寄生电容。