掀起PCB板電磁相容的“蓋頭”之二

　　“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)”這就是電磁波產(chǎn)生和傳輸的原理。由于變化的電流在其流經(jīng)的線(xiàn)路上有磁通量的變化而產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)，因為這引入了電磁干擾是我們電子工程師最頭疼的事。那么從根源上來(lái)說(shuō)控制線(xiàn)路板的磁通量就是預防電路板電磁干擾的重要手段。

　　在我們畫(huà)板子的時(shí)候，經(jīng)常聽(tīng)到一句話(huà)就是使回路盡量變小?，F在來(lái)看下簡(jiǎn)單的解釋。

　　如上圖左側的PCB走線(xiàn)示意圖，利用電磁場(chǎng)知識可以知道(如果走線(xiàn)回路的信號頻率夠高)，那么這個(gè)板子就成了一個(gè)很好的天線(xiàn)，線(xiàn)路板設計變得一塌糊涂。而右側走線(xiàn)產(chǎn)生電磁干擾就小的多，這就是線(xiàn)路板磁通量最小化的思想(也就是我們常說(shuō)的回路最小化)。

　　在進(jìn)行設計時(shí)使用鏡像平面是一個(gè)很好的選擇，它能夠有效消除電源或地平面產(chǎn)生的干擾對電子電路所造成的影響。鏡像平面就是指構成回流的平面，比如大多數電平下的電源與地平面，但也有電源與電源平面成鏡像平面的，比如 RS232電平等。鏡像平面也可看作差分信號，差分信號對共模干擾有很好的抑制作用，鏡像平面間距要盡量小。如果是雙面板或者單面板，雙面鋪銅并且多打過(guò)孔是個(gè)很好的方法。一般不要將兩個(gè)不相關(guān)的電源平面層疊在一起，特別是電壓差比較大時(shí)，否則由于電容耦合的作用電源相互干擾會(huì )變得嚴重。不管PCB 布線(xiàn)時(shí)設計得多么好，磁場(chǎng)和電場(chǎng)都永遠存在，但是，如果減少或者消除了磁通量，則EMI 就變得很小或者不存在了。

　　在設計PCB 板時(shí)，通過(guò)良好的走線(xiàn)來(lái)減少板子信號線(xiàn)環(huán)路(減小信號線(xiàn)產(chǎn)生的磁通量)從而減小干擾，我總結了以下幾個(gè)方法：

　　1、多層板設計時(shí)依據多層板疊層設置和信號線(xiàn)阻抗控制。對于4層板頂層、電源、地和底層，這樣一方面極大程度地解決了電磁干擾問(wèn)題，提高了系統的可靠性，另一方面可以提高導線(xiàn)的布通率，縮小PCB板的面積。6層板通常是在4層板的基礎上增加了2兩個(gè)信號層。8層板通常包括1個(gè)電源層、兩個(gè)地線(xiàn)層、5個(gè)信號層。對于層的設置，網(wǎng)絡(luò )上有豐富的資料，或者留言討論。對于走線(xiàn)的阻抗控制，我們常用SI9000進(jìn)行設計;

　　2、將時(shí)鐘走線(xiàn)靠近盡量短和靠近地，對于多層板不要走關(guān)鍵信號線(xiàn)。單面和雙面板可以使用接地走線(xiàn)或保護走線(xiàn);

　　3、對于射頻芯片或者高頻率芯片可以采用法拉第電籠的方法將其屏蔽接地，只留出輸入輸出和電源連接外部;

　　4、選擇合適的元件模塊，將工作頻率集中在較窄的頻帶，通過(guò)硬件處理來(lái)降低電磁干擾;

　　5、對于射頻電路，使用較低的驅動(dòng)電壓來(lái)降低走線(xiàn)的射頻電流，進(jìn)而達到減小信號回路磁通量的效果;

　　6、降低接地噪聲電壓，這樣可以為回傳電流提供一條增強的路徑，將映像電流映射回電流源;

　　7、針對大的容性負載，注意去耦合電路的使用;

　　8、適當的引入數據線(xiàn)路濾波器和共模扼流圈，這樣可以大大改善板子的電磁特性;

　　9、注意使用旁路電容，去耦電容，但是這并不是說(shuō)越多越好。

　　當然，針對PCB內部電磁干擾利用以上的方法可以很好的解決，但是還有其他的原因也可以引起電磁干擾，例如：在電路和I/O連線(xiàn)之間有共模和差模電流存在、接地回路會(huì )產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)結構、組件會(huì )輻射和阻抗不匹配等等。如果設計出來(lái)的PCB板子有電磁干擾，通過(guò)模塊測量的思想找到干擾源，采用有針對性的解決方案達到消除電磁干擾的目的。

　　以上是我總結的一些減少PCB電路電磁干擾的方法，如果有不合理的地方請留言批評指正。歡迎大家留言，共同探討電子設計的問(wèn)題，通過(guò)交流讓我們的設計更加成熟。

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　　EMI/EMC設計講座(四)印刷電路板的映像平面：http://dyxdggzs.com/article/60086.htm