如何在電路板階段就進行EMI處理

現如今各類電子產品都向著小體積集成化發展，小體積為人們帶來方便攜帶的便利，同時也將電磁干擾的問題重新推到了設計者面前。小體積的產品通常都面對著更加棘手的EMI問題，因此與傳統產品對于EMI的預防也不禁相同，本文將為大家介紹從電路板設計上來對EMI進行控制需要注意的點。

數字電路PCB的EMI控制技術

在處理各種形式的EMI時，必須具體問題具體分析。在數字電路的PCB設計中，可以從下列幾個方面進行EMI控制。

器件選型

在進行EMI設計時，首先要考慮選用器件的速率。任何電路如果把上升時間為5ns的器件換成上升時間為2.5ns的器件，EMI會提高約4倍。EMI的輻射強度與頻率的平方成正比，最高EMI頻率(fknee)也稱為EMI發射帶寬，它是信號上升時間而不是信號頻率的函數：fknee =0.35/Tr(其中Tr為器件的信號上升時間)

這種輻射型EMI的頻率范圍為30MHz到幾個GHz，在這個頻段上，波長很短，電路板上即使非常短的布線也可能成為發射天線。當EMI較高時，電路容易喪失正常的功能。因此，在器件選型上，在保證電路性能要求的前提下，應盡量使用低速芯片，采用合適的驅動/接收電路。另外，由于器件的引線管腳都具有寄生電感和寄生電容，因此在高速設計中，器件封裝形式對信號的影響也是不可忽視的，因為它也是產生EMI輻射的重要因素。一般地，貼片器件的寄生參數小于插裝器件，BGA封裝的寄生參數小于QFP封裝。

連接器的選擇與信號端子定義

連接器是高速信號傳輸的關鍵環節，也是易產生EMI的薄弱環節。在連接器的端子設計上可多安排地針，減小信號與地的間距，減小連接器中產生輻射的有效信號環路面積，提供低阻抗回流通路。必要時，要考慮將一些關鍵信號用地針隔離。

疊層設計

在成本許可的前提下，增加地線層數量，將信號層緊鄰地平面層可以減少EMI輻射。對于高速PCB，電源層和地線層緊鄰耦合，可降低電源阻抗，從而降低EMI。

布局

根據信號電流流向，進行合理的布局，可減小信號間的干擾。合理布局是控制EMI的關鍵。布局的基本原則是：

模擬信號易受數字信號的干擾，模擬電路應與數字電路隔開;

時鐘線是主要的干擾和輻射源，要遠離敏感電路，并使時鐘走線最短;

大電流、大功耗電路盡量避免布置在板中心區域，同時應考慮散熱和輻射的影響;

連接器盡量安排在板的一邊，并遠離高頻電路;

輸入/輸出電路靠近相應連接器，去耦電容靠近相應電源管腳;

充分考慮布局對電源分割的可行性，多電源器件要跨在電源分割區域邊界布放，以有效降低平面分割對EMI的影響;

回流平面(路徑)不分割。

布線

阻抗控制:高速信號線會呈現傳輸線的特性，需要進行阻抗控制，以避免信號的反射、過沖和振鈴，降低EMI輻射。

將信號進行分類，按照不同信號(模擬信號、時鐘信號、I/O信號、總線、電源等)的EMI輻射強度及敏感程度，使干擾源與敏感系統盡可能分離，減小耦合。

嚴格控制時鐘信號(特別是高速時鐘信號)的走線長度、過孔數、跨分割區、端接、布線層、回流路徑等。

信號環路，即信號流出至信號流入形成的回路，是PCB設計中EMI控制的關鍵，在布線時必須加以控制。要了解每一關鍵信號的流向，對于關鍵信號要靠近回流路徑布線，確保其環路面積最小。

對低頻信號，要使電流流經電阻最小的路徑;對高頻信號，要使高頻電流流經電感最小的路徑，而非電阻最小的路徑(見圖1)。對于差模輻射，EMI輻射強度(E)正比于電流、電流環路的面積以及頻率的平方。(其中I是電流、A是環路面積、f是頻率、r是到環路中心的距離，k為常數。)

因此當最小電感回流路徑恰好在信號導線下面時，可以減小電流環路面積，從而減少EMI輻射能量。

關鍵信號不得跨越分割區域;

高速差分信號走線盡可能采用緊耦合方式;

確保帶狀線、微帶線及其參考平面符合要求;

去耦電容的引出線應短而寬;

所有信號走線應盡量遠離板邊緣;

對于多點連接網絡，選擇合適的拓撲結構，以減小信

號反射，降低EMI輻射。

電源平面的分割處理;

電源層的分割

在一個主電源平面上有一個或多個子電源時，要保證各電源區域的連貫性及足夠的銅箔寬度。分割線不必太寬，一般為20～50mil線寬即可，以減少縫隙輻射。

地線層的分割

地平面層應保持完整性，避免分割。若必須分割，要區分數字地、模擬地和噪聲地，并在出口處通過一個公共接地點與外部地相連。為了減小電源的邊緣輻射，電源/地平面應遵循20H設計原則，即地平面尺寸比電源平面尺寸大20H(見圖2)，這樣邊緣場輻射強度可下降70%。

在電路板設計階段就對EMI處理進行設計是一個非常明智的選擇，其能夠為EMI的抑制起到非常重要的作用。如果能在電路板階段處理好PCB的EMI的問題，對于整體的電磁干擾抑制有著非常大的好處，同時在電路板階段進行電磁干擾處理也是一種最為低成本有效地方法，希望大家在看過本文之后能更近一步了解其中的知識點.