十大EMC设计注意事项

随着对高速电路需求的增长，PCB设计正变得越来越具有挑战性。除了在PCB上设计实际逻辑外，工程师还必须考虑影响电路的其他几个方面，例如功耗，PCB尺寸，环境噪声和EMC。以下指南将描述硬件工程师如何在PCB设计阶段解决无EMC故障的系统中的EMC问题。

1.接地层–在设计最小化EMC的PCB时，低电感接地系统是最重要的元素。最大化PCB上的接地面积可减少系统中的接地电感，从而减少电磁辐射和串扰。

可以使用不同的方法将信号接地。不良的PCB设计是将组件随机连接到接地点的设计。这种设计会产生较高的接地电感，并导致不可避免的EMC问题。

推荐的设计方法是具有完整的接地层，因为当电流返回其源极时，它提供最低的阻抗。但是，接地层需要专用的PCB层，这对于两层PCB可能不可行。在这种情况下，建议设计人员使用如图1a所示的接地栅格。在这种情况下，接地电感将取决于栅极之间的间距。

信号返回系统接地的方式也非常重要，因为当信号走更长的路径时，它会形成一个接地回路，该回路形成天线并辐射能量。因此，每条将电流带回到源极的走线都应遵循最短路径，并且必须直接到达接地层。建议不要将所有单独的接地连接然后再将它们连接到接地层，因为这不仅会增加电流回路的大小，还会增加接地反弹的可能性。图1b显示了将组件连接到接地层的推荐方法。

使用法拉第笼子是减少由EMC引起的问题的另一个很好的机制。法拉第笼是通过在PCB的整个外围上缝合地面并且不将任何信号路由到该边界之外而形成的

(请参见图1c)。这种机制限制了在笼子所定义的边界之内/之外，来自PCB的****/干扰。

2.组件隔离–对于无EMC设计，PCB上的组件需要根据其功能进行分组，例如模拟，数字，电源部分，低速电路，高速电路等。每个组的轨道应留在其指定区域。为了使信号从一个子系统流到另一个子系统，应在子系统边界处使用一个滤波器。

3.电路板层–从EMC的角度来看，正确布置这些层至关重要。如果使用两层以上，则应使用一个完整的层作为接地层。对于四层板，接地层以下的层应用作电源层(图2a显示了一种这样的布置)。必须注意接地层应始终位于高频信号走线和电源层之间。如果使用两层板，并且无法完全接地，则应使用接地格栅。如果不使用单独的电源平面，则接地走线应与电源走线平行，以保持电源清洁。

4.数字电路–处理数字电路时，必须格外注意时钟和其他高速信号。连接此类信号的走线应保持尽可能短，并与接地层相邻，以控制辐射和串扰。对于此类信号，工程师应避免在PCB边缘或连接器附近使用过孔或布线走线。这些信号也必须远离电源层，因为它们也能够在电源层上引起噪声。

在为振荡器布线时，除接地外，其他任何布线都不得平行运行或在振荡器或其走线的下方。晶体也应保持靠近适当的芯片。

还值得注意的是，返回电流始终遵循最小的电抗路径。因此，应将承载回路电流的接地走线靠近承载相关信号的走线，以使电流环路尽可能短。

携带差分信号的走线应彼此靠近，以最有效地利用磁场抵消的优势。

5.时钟终端–将时钟信号从源传送到设备的走线必须具有匹配的终端，因为每当阻抗不匹配时，一部分信号就会被反射。如果未采取适当措施处理此反射信号，则将辐射大量能量。有效端接有多种形式，包括源端接，端接端接，AC端接等。

6.去耦电容–电源上的任何噪声都容易改变正在运行的设备的功能。通常，电源上耦合的噪声是高频的，因此需要旁路电容器或去耦电容器来滤除该噪声。去耦电容器为电源平面上的高频电流提供了一个低阻抗路径。电流流向地面时所遵循的路径形成接地回路。通过将去耦电容非常靠近IC放置，可将此路径保持在尽可能小的水平(见图2b)。较大的接地回路会增加辐射，并可能成为EMC故障的潜在原因。

7.理想电容器的电抗随着频率的增加而趋于零。但是，市场上没有理想的电容器。此外，引线和IC封装也会增加电感。应使用多个具有低ESL(等效串联电感)的电容器来改善去耦效果。

8.电缆–大多数与EMC相关的问题是由承载有效充当高效天线的数字信号的电缆引起的。从概念上讲，进入电缆的电流留在另一端。实际上，寄生电容和电感会发出辐射。使用双绞线电缆可以消除任何感应磁场，从而有助于将耦合保持在低电平。使用带状电缆时，必须提供多个接地回路。对于高频信号，在屏蔽层的始端和末端均接地时，必须使用屏蔽电缆。

9.串扰–串扰可以存在于PCB上的任何两条走线之间，并且是互感和互电容的函数，互感和互电容与两条走线之间的距离，边沿速率和走线的阻抗成比例。

在数字系统中，互感引起的串扰通常大于互电容引起的串扰。互感可以通过增加两条走线之间的间距或通过减小与接地层的距离来减小。

10.屏蔽–屏蔽不是电气解决方案，而是降低EMC的机械方法。金属封装(导电和/或磁性材料)用于防止EMI逃逸到系统之外。根据要求，可以使用屏蔽罩覆盖整个系统或一部分系统。

屏蔽层就像是一个接地的封闭式导电容器，可通过吸收和反射一部分辐射来有效减小环形天线的尺寸。这样，屏蔽层还通过将辐射的EM能量从一个区域衰减到另一个区域，充当两个空间区域之间的分隔壁。屏蔽层通过衰减辐射波的电场和磁场分量来降低EMI。

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