怎么確保PCB電磁兼容EMC設(shè)計(jì)的首次成功

     作為可以在電子產(chǎn)品中很好地實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的組件的平臺(tái)，PCB（印刷電路板）在組件之間的電連接以及電子設(shè)備或設(shè)備中的基礎(chǔ)中起著關(guān)鍵作用。因此，其性能和質(zhì)量直接導(dǎo)致電子產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，許多電子產(chǎn)品趨于協(xié)同工作，使它們之間的干擾越來(lái)越多。此外，增加PCB密度導(dǎo)致PCB設(shè)計(jì)的質(zhì)量在確定干擾和抗干擾程度方面起著關(guān)鍵作用，因此，除了元件選擇和電路設(shè)計(jì)外，

      EMC指的是設(shè)備或系統(tǒng)功能，它們能夠在電磁環(huán)境中正常工作，同時(shí)拒絕對(duì)環(huán)境設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生不可接受的電磁干擾。由于多種原因形成電磁干擾，主要?dú)w結(jié)為極高的工作頻率或不可接受的布局或布線，在不可避免的高射頻（RF）背景下，設(shè)計(jì)人員在實(shí)施PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注元件布局，布線，電源和接地設(shè)計(jì)，以便關(guān)注EMC，此外，對(duì)于具有不同層數(shù)的PCB，應(yīng)考慮不同的設(shè)計(jì)元素以實(shí)現(xiàn)佳性能。

 

消除干擾源
1、差模電流和共模電流，差模傳輸和共模傳輸
     任何電路都包含共模（CM）電流和差模（DM）電流，它們都決定了射頻傳輸?shù)某潭?，事?shí)上，它們之間存在著巨大的滅絕。當(dāng)給出一對(duì)引線或跡線和參考返回源時(shí)，可以使用任何類型的電流，一般而言，DM信號(hào)攜帶數(shù)據(jù)或有用信息。然而，共模對(duì)EMC造成的大部分麻煩都是DM電流的負(fù)面影響。

 

      DM傳輸通常被定義為從線到線的傳輸，而CM傳輸通常被定義為從線到地的傳輸，閉環(huán)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)可以通過(guò)公式計(jì)算出來(lái)，E指大場(chǎng)強(qiáng)（μV/ m）; [R指閉環(huán)與測(cè)量天線之間的距離（m）; f指頻率（MHz）; 我小號(hào)是指電流（mA）; A指的是環(huán)路面積（cm2）。

基于上面的公式，清楚地表明場(chǎng)強(qiáng)與環(huán)區(qū)域成正比，為了降低DM傳輸電平（TL），應(yīng)該縮小環(huán)路面積以減少源電流。

      電壓降導(dǎo)致的CM輻射導(dǎo)致部分接地電壓高于參考接地電壓。與有影響的接地系統(tǒng)連接的電纜被認(rèn)為是作為CM輻射的組成部分的天線，遠(yuǎn)場(chǎng)分量可用公式表示，K表示傳輸系數(shù); 我指的是CM電流（A）; l指電纜長(zhǎng)度（m）; f指?jìng)鬏旑l率（MHz）; r指距離（m）。

該公式清楚地表明場(chǎng)強(qiáng)與電纜長(zhǎng)度成正比，CM傳輸減少取決于CM電流減小和電纜長(zhǎng)度降低。

2、CM和DM之間的轉(zhuǎn)換
     當(dāng)具有不同阻抗的兩條信號(hào)線可用時(shí)，DM和CM可以相互轉(zhuǎn)換，阻抗主要由與物理跟蹤相關(guān)的引線或梳形電容器和電感器決定。對(duì)于大多數(shù)PCB的跟蹤，應(yīng)將寄生電容和電感很好地控制到小，以便可以避免產(chǎn)生CM和DM。因此，對(duì)環(huán)境敏感的電路必須通過(guò)某種方法達(dá)到平衡，使得每個(gè)導(dǎo)體的引線或梳形電容等于寄生電容。

阻止CM和DM干擾的一般方法
      阻止CM和DM電流和RF干擾的基本原則在于電流容量偏移或電流容量小化。當(dāng)電流以跡線流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生磁力線，導(dǎo)致電場(chǎng)的出現(xiàn)。兩個(gè)場(chǎng)都能夠輻射射頻能量。如果磁力線偏移或減小到小，則RF能量將不再存在，這將終阻止干擾?？梢宰裱木唧w措施或規(guī)則將在本文的后半部分討論。

3、考慮串?dāng)_問(wèn)題
      作為PCB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，必須在整個(gè)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)中仔細(xì)考慮串?dāng)_。串?dāng)_是指跡線，引線，電纜束，元件或其他易受電磁干擾影響的電子元件之間的不需要的電磁耦合。

      作為領(lǐng)先的EMI（電磁干擾）傳輸方法，串?dāng)_往往會(huì)導(dǎo)致跡線之間的干擾，串?dāng)_可分為電容耦合和電感耦合。前者通常源于跡線位于其他跡線或參考平面上的事實(shí)，后者通常來(lái)自物理上彼此接近的跡線，在并行跟蹤方面，串?dāng)_具有兩種模式：前向和后向。對(duì)于PCB，后向串?dāng)_比前向串?dāng)_更值得考慮，在電路中，較大的阻抗在功率和干擾跡線之間，串?dāng)_電平較高?？梢酝ㄟ^(guò)增加跡線與傳輸線或引線之間的邊緣到邊緣距離或小化跡線與參考平面之間的距離來(lái)控制電感串?dāng)_。

數(shù)字信號(hào)頻譜分析
      數(shù)字信號(hào)的屬性是方波，方波信號(hào)由基波和許多諧波正弦組成，傅立葉變換可用于捕獲數(shù)字信號(hào)的頻率范圍波形。因此，脈沖重復(fù)周期越短，其重復(fù)頻率越高，諧波頻率也越高，從理論上講，方波的上升時(shí)間為零，因此諧波含量是無(wú)限的，但是，它是一個(gè)梯形波形，包括上升沿和下降沿。

脈沖時(shí)域和頻域轉(zhuǎn)換（傅里葉變換）
傅里葉變換使矩形脈沖分解成余弦或正弦波，符合公式。在該等式中，AD n指的是每個(gè)余弦波形的幅度; n指諧波計(jì)數(shù); w指角頻率。

4、去耦和接地
      低通濾波器由電感和電容組成，能夠?yàn)V除高頻干擾信號(hào)，線路上的寄生電感會(huì)減慢電源供應(yīng)，使驅(qū)動(dòng)設(shè)備的輸出電流下降。適當(dāng)放置去耦電容器和應(yīng)用電感器和電容器的儲(chǔ)能功能，可以在開(kāi)關(guān)瞬間為器件提供電流，在直流回路中，負(fù)載變化會(huì)引起電源噪聲，去耦電容器配置可以阻止由于負(fù)載變化而產(chǎn)生噪聲。

 

接地設(shè)計(jì)
對(duì)于電子設(shè)備，接地是控制干擾的關(guān)鍵方法。如果接地與屏蔽措施正確結(jié)合，大多數(shù)干擾問(wèn)題都將得到解決。

 

組件布局和布線
      電路布局直接決定了電磁干擾的程度和抗干擾強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)牟季植粌H可以提高電路效率，還可以提高整個(gè)系統(tǒng)的EMC，單元電路的工作頻率越高，速度越高，信號(hào)頻譜越多樣化。因此，高頻分量的比例越高，干擾就越強(qiáng)。從頻率的角度來(lái)看，首先是高頻電路，然后是中頻電路，后是低頻電路。然而，從邏輯速度的角度來(lái)看，首先是高速電路，然后是中速電路，后是低速電路。根據(jù)該理論，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)符合以下設(shè)計(jì)的電路布局。

 

良好的EMC設(shè)計(jì)是電磁兼容測(cè)試成功的前提，環(huán)測(cè)威檢測(cè)專業(yè)解決電磁兼容EMC認(rèn)證問(wèn)題，提供全套整改方案和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，詳情咨詢環(huán)測(cè)威工程師！

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