如何優化PCB的EMC設計

2021-10-12

Author：Downs

隨著電氣時代的發展，人類生活環境中有越來越多的電磁波源，如廣播、電視、微波通信、家用電器、工頻電磁場和輸電線路的高頻電磁場。當這些電磁場的場強超過一定極限且作用時間足够長時，可能會危害人類健康；同時，它們也可能干擾其他電子設備和通信。在這方面，需要保護。在電子產品的開發、生產和使用過程中，經常會提出電磁干擾和遮罩的概念。當電子產品正常工作時，覈心是PCB板和安裝在其上的元器件之間的協調工作過程。提高電子產品的性能指標，减少電磁干擾的影響，具有十分重要的意義。

1 PCB板設計

印刷電路板（PCB）是電子產品中電路元件和器件的支撐。它提供電路組件和設備之間的電力連接。它是各種電子設備的最基本組件。 PCB板的效能直接關係到電子設備的質量和效能。隨著集成電路、表面貼裝科技和微組裝科技的發展，高密度、多功能的電子產品越來越多，導致PCB板上佈線複雜，零部件眾多，安裝密集，不可避免地會造成它們之間的干擾越來越嚴重，囙此，抑制電磁干擾的問題已成為電子系統能否正常工作的關鍵。同樣，隨著電子技術的發展，PCB的密度越來越高，PCB板的設計質量對電路的干擾和抗干擾能力有很大影響。為了獲得最佳的電子電路效能，除了元器件的選擇和電路設計外，良好的PCB板設計也是電磁相容性（EMC）中非常重要的因素。

電路板

1.1合理 PCB層設計

根據電路的複雜性，合理選擇PCB的層數可以有效地减少電磁干擾，大大减小PCB的尺寸以及電流回路和分支佈線的長度，並大大减少訊號之間的交叉干擾。實驗表明，當使用相同的資料時，四層板的雜訊比雙層板低20dB。然而，層數越高，製造過程越複雜，製造成本越高。在多層PCB板佈線中，最好在相鄰層之間使用“良好”形狀的網狀佈線結構，即相鄰層的各個佈線的方向相互垂直。例如，PCB的上側水准佈線，下一側垂直佈線，然後通過過孔連接。

1.2合理的PCB板尺寸設計

當PCB板尺寸過大時，印刷線路會新增，阻抗會新增，抗雜訊能力會降低，設備體積會新增，成本也會相應新增。如果尺寸太小，散熱不好，相鄰線路容易受到干擾。通常，機械層（機械層）决定物理框架，即PCB板的輪廓尺寸，禁止層（禁止層）决定佈局和佈線的有效面積。通常，根據電路功能單元的數量，集成電路的所有組件，並最終確定PCB板的最佳形狀和尺寸。通常使用矩形，縱橫比為3:2。當電路板的尺寸大於150mm×200mm時，應考慮PCB的機械強度。

2、PCB板的佈局

在PCB板設計中，電子工程師可能只關注新增密度、减少佔用空間、簡化生產或追求美觀和均勻佈局，而忽略電路佈局對電磁相容性（EMC）的影響，從而將大量訊號輻射到空間中。形成相互干擾。不良的PCB佈局可能會導致更多的電磁相容性（EMC）問題，而不是消除這些問題。

電子設備中數位電路、類比電路和功率電路的元件佈局和佈線的特點不同，它們產生的干擾和抑制干擾的方法也不同。由於高頻和低頻電路的頻率不同，它們的干擾和抑制干擾的方法也不同。囙此，在元件佈局中，數位電路、類比電路和功率電路應分開放置，高頻電路和低頻電路應分開。如果可能，應將其單獨隔離或單獨製成PCB板。在佈局中，應特別注意强弱訊號的設備分佈和訊號傳輸方向。

2.1 PCB板的元件佈局

PCB板的元件佈局與其他邏輯電路相同，相互關聯的元件應盡可能靠近，以獲得更好的抗雜訊效果。元件在PCB板上的位置應充分考慮抗電磁干擾問題。原則之一是組件之間的導線應盡可能短。在佈局中，類比信號部分、高速數位電路部分和雜訊源部分（如繼電器、大電流開關等）應合理分離，以最小化彼此之間的訊號耦合。

時鐘發生器、晶體振盪器和CPU時鐘輸入端子都容易產生雜訊，囙此它們應該彼此靠近。易產生雜訊的設備、低電流電路和高電流電路應盡可能遠離邏輯電路。如果可能，應製作另一塊PCB板，這一點非常重要。

PCB元件的總體佈局要求：電路元件和訊號路徑的佈局必須最大限度地减少不必要訊號的耦合。

1）低電平訊號通道不能接近高電平訊號通道和未濾波的電力線，包括可能產生瞬態過程的電路。

2）分離低電平類比電路和數位電路，以避免類比電路、數位電路和電源公共回路之間的公共阻抗耦合。

3）高速、中速和低速邏輯電路在PCB上需要不同的區域。

4）在佈置電路時，訊號線長度應盡可能短。

5）確保相鄰板之間、同一板的相鄰層之間以及同一層上的相鄰接線之間沒有過長的平行訊號線。

6）電磁干擾（EMI）濾波器應盡可能靠近電磁干擾源，並放置在同一電路板上。

2.2 PCB板佈線

PCB板的組成是使用一系列層壓的多層結構, 垂直堆疊上的佈線和預浸料處理. 在 多層PCB板, 為了便於調試, 訊號線將鋪設在最外層.