PCB板設計中的EMI解決方案

一、 摘 要

電子系統的復雜度越來(lái)越高，EMC的問(wèn)題相應的也就多了起來(lái)，為了使自己的產(chǎn)品能達到相關(guān)國際標準，工程師不得不往返于辦公室和EMC實(shí)驗室，反復的測試，修改，再測試。這樣既浪費的人力，物力，也拖延了產(chǎn)品的上市時(shí)間，給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失。如何在產(chǎn)品設計的階段就能及時(shí)發(fā)現EMI問(wèn)題變得重要。我們知道PCB的布局，布線(xiàn)以及電源層處理的好壞對整個(gè)板子的EMI有著(zhù)非常重要的影響。下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例分析介紹一下EMIStream如何幫助大家來(lái)解決板級的EMI問(wèn)題。

二、 正 文

理論：電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡(jiǎn)稱(chēng) ，有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)導電介質(zhì)或公共電源線(xiàn)互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過(guò)空間耦合把干擾信號傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò )或電子設備，

在PCB電路板中，電磁能通常存在兩種形式，差模EMI和共模EMI，電路中器件輸出的電流流入一個(gè)負載時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生差模EMI。電流流經(jīng)多個(gè)導電平面，如PCB上的導線(xiàn)組或電纜，就會(huì )產(chǎn)生共模輻射。

差摸輻射的計算

其中Ip表示電流強度，f表示共模電流的頻率，Ls表示環(huán)路面積，d表示測量天線(xiàn)到電纜的距離

共差摸輻射的計算

其中I表示電流強度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線(xiàn)長(cháng)度，d表示測量天線(xiàn)到電纜的距離

解決EMI的主要途徑是減少電路板上由各種原因產(chǎn)生的輻射能量?？刂艵MI的關(guān)鍵，是降低電源地平面諧振和電路回流路徑阻抗，正確放置旁路和去藕電容。

實(shí)例：筆者使用EMIStream工具對板極的EMI問(wèn)題進(jìn)行分析。該工具的兩大主要功能是PCB板的全部網(wǎng)絡(luò )的EMI分析，以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設計經(jīng)驗開(kāi)發(fā)的應用軟件，可以用于A(yíng)llegro，Mentor， Zuken和Altium等各種PCB設計流程，在PCB制造之前解決EMI問(wèn)題。EMIStream軟件內建13條經(jīng)典EMI檢查規則，均經(jīng)過(guò)日本NEC內部產(chǎn)品實(shí)際設計結果驗證，每個(gè)檢查規則的設置值是經(jīng)過(guò)實(shí)際驗證的最佳理論值。

1：EMIStream分析流程

下圖是使用EMIStream對電路板進(jìn)行分析的設計流程

EMIStream嵌入在PCB設計的全過(guò)程，在設計階段將EMI問(wèn)題解決，減少反復設計的次數。

2：布局的EMI檢查：

A:當我們完成布局后，把ALLEGRO數據直接導入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor，Zuken，Altium等其他市場(chǎng)主流的PCB設計工具都有接口，保證數據的完全導入。

B：設定層疊信息，根據PCB板中的層疊信息，填寫(xiě)入EMI.

C: 根據電路的設計數據，正確填寫(xiě)電路中相關(guān)NET的頻率，串擾組，差分對，電源地信號的指定。

D：設置規則的參數，我們選擇采用默認參數，同時(shí)選擇長(cháng)度檢查和最大輻射值檢查項目對該板實(shí)施檢查。

結果以對話(huà)框的形式顯示出來(lái)，用戶(hù)點(diǎn)擊錯誤提示，查看有問(wèn)題的NET，采用如下方法：

a:調整零件的布局位置，減少NET總的長(cháng)度/

b:調整網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構，減少共模輻射的強度/

3：布局布線(xiàn)中和完成以后的EMI檢查：

A：當我們布局布線(xiàn)完成后，實(shí)施整板網(wǎng)絡(luò )檢查，我們通過(guò)NET Parameter中選擇需要檢測的所有關(guān)鍵信號，比如時(shí)鐘，數據，地址線(xiàn)，差分對等，同時(shí)可以任意勾選13條規則作為EMI檢查的基準。

B：13規則包括如下

1：傳導輻射分析 2個(gè)規則

2：電流回路分析 3個(gè)規則

3：電源，地層 2個(gè)規則

4：信號完整性 4個(gè)規則

5：零件布局 2個(gè)規則