PCB設(shè)計(jì)中的電磁兼容性考慮

包括時(shí)鐘和周期信號(hào)走線設(shè)定不當(dāng)；PCB的分層排列及信號(hào)布線層設(shè)置不當(dāng)；對(duì)于帶有高頻RF能量分布成分的選擇不當(dāng)；共模與差模濾波考慮不足；接地環(huán)路引起RF和地彈；旁路和去耦不足等等。

要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的EMI抑制，通常需要一些適當(dāng)?shù)姆椒ǎ哼@主要包括屏蔽、襯墊、接地、濾波、去耦、適當(dāng)布線、電路阻抗控制等。

3.2 電磁兼容的屏蔽設(shè)計(jì)

現(xiàn)今的電子產(chǎn)業(yè)界已愈來愈注意到SE/EMC（Shielding Effectiveness，SE，隔離室屏蔽效益）的需求，而隨著更多電子組件的使用，電磁兼容性亦更受到關(guān)切。電磁屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制電磁干擾由一個(gè)區(qū)域向另一個(gè)區(qū)域感應(yīng)和輻射傳播電方法。通常包括兩種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場(chǎng)、交變磁場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)的影響。

EMI屏蔽可使產(chǎn)品簡(jiǎn)單且有效的符合EMC的規(guī)范，當(dāng)頻率在10MHz以下時(shí)電磁波大多為傳導(dǎo)的形式，而較高頻率的電磁波則多為輻射的形式。設(shè)計(jì)時(shí)可以采用單層實(shí)心屏蔽材料、多層實(shí)心屏蔽材料、雙重屏蔽或者雙重以上屏蔽等新型材料進(jìn)行EMI屏蔽。對(duì)于低頻的電磁干擾需要用厚的屏蔽層，最合適的是使用磁導(dǎo)率高的材料或磁性材料，如鎳銅合金等，以獲得最大的電磁吸收損耗，而對(duì)于高頻電磁波可使用金屬屏蔽材料。

在實(shí)際的EMI屏蔽中，電磁屏蔽效能很大程度上取決于機(jī)箱的物理結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。機(jī)箱上的接縫以及開口都是電磁波的泄漏源。而且，穿過機(jī)箱的電纜也是造成屏蔽效能下降到主要原因。機(jī)箱上開口的電磁泄漏與開口的形狀、輻射源的特性和輻射源到開口處的距離相關(guān)。通過適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/設(shè)計(jì)">設(shè)計(jì)開口尺寸和輻射源到開口的距離能夠改善屏蔽效能。通常解決機(jī)箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有：導(dǎo)電橡膠（在橡膠中摻入導(dǎo)電顆粒，使這種復(fù)合材料既具有橡膠的彈性，又具有金屬的導(dǎo)電性。）、雙重導(dǎo)電橡膠（它不是在橡膠所有部分摻入導(dǎo)電顆粒，這樣獲得的好處是既最大限度地保持了橡膠的彈性，又保證了導(dǎo)電性）、金屬編織網(wǎng)套（以橡膠為芯的金屬編織網(wǎng)套）、螺旋管襯墊（用不銹鋼、鈹銅或鍍錫鈹銅卷成的螺旋管）等。另外，當(dāng)對(duì)通風(fēng)量要求比較高時(shí)，必須使用截至波導(dǎo)通風(fēng)板，這種板相當(dāng)于一個(gè)高通濾波器，對(duì)高于某一頻率的電磁波不衰減通過，但對(duì)于低于這一頻率的電磁波則進(jìn)行很大的衰減，合理應(yīng)用截至波導(dǎo)的這種特性可以很好的屏蔽EMI的干擾。

3.3 電磁兼容的合理PCB設(shè)計(jì)

隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和集成度的大規(guī)模提高，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師們正在從事100MHZ以上的電路設(shè)計(jì)，總線的工作頻率也已經(jīng)達(dá)到或者超過50MHZ，有的甚至超過100MHZ。當(dāng)系統(tǒng)工作在50MHz時(shí)，將產(chǎn)生傳輸線效應(yīng)和信號(hào)的完整性問題；而當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到120MHz時(shí)，除非使用高速電路設(shè)計(jì)知識(shí)，否則基于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的PCB將無(wú)法工作。因此，高速電路設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須采取的設(shè)計(jì)手段。只有通過使用高速電路設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的可控性。

通常認(rèn)為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達(dá)到或者超過45MHZ~50MHZ，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個(gè)電子系統(tǒng)一定的份量（比如說１／３），就稱為高速電路。實(shí)際上，信號(hào)邊沿的諧波頻率比信號(hào)本身的頻率高，是信號(hào)快速變化的上升沿與下降沿（或稱信號(hào)的跳變）引發(fā)了信號(hào)傳輸?shù)姆穷A(yù)期結(jié)果。要實(shí)現(xiàn)符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的高頻PCB設(shè)計(jì)，通常需要采用以下技術(shù)：包括旁路與去耦、接地控制、傳輸線控制、走線終端匹配等。

（1）旁路與去耦

去耦是指去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量，而旁路則是從元件或電纜中轉(zhuǎn)移不想要的共模RF能量。

所有的電容器都是由LCR電路組成，其中L是電感，它與導(dǎo)線長(zhǎng)度有關(guān)，R是導(dǎo)線中的電阻，C是指電容。在某一頻率上，該LC串聯(lián)組合將產(chǎn)生諧振。在諧振狀態(tài)下，LCR電路將有非常小的阻抗和有效的RF旁路。當(dāng)頻率高于電容的自諧振時(shí)，電容器漸變?yōu)楦行宰杩?，同時(shí)旁路或去藕效果下降。因此，電容器實(shí)現(xiàn)旁路與去耦的效果受引線長(zhǎng)度，以及電容器與器件間的走線、介質(zhì)填料等的影響。理想的去耦電容器還可以提供邏輯裝置狀態(tài)切換時(shí)所需的所有電流，實(shí)際上是電源和接地層間的阻抗決定電容器能夠提供的電流的多少。

當(dāng)選擇旁路和去耦電容時(shí)，可通過邏輯系列和所使用的時(shí)鐘速度來計(jì)算所需電容器的自諧振頻率，根據(jù)頻率以及電路中的容抗來選擇電容值。在選擇封裝尺度是盡量選擇更低引線電感的電容，這通常表現(xiàn)為SMT（Surface Mount Technology）電容器，而不選擇通孔式電容器（如DIP封裝的電容器）。另外在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，也常常采用并聯(lián)去耦電容來提供更大的工作頻帶，減少接地不平衡。在并聯(lián)電容系統(tǒng)中，當(dāng)高于自諧振頻率時(shí)，大電容表現(xiàn)感性阻抗并隨頻率增大而增加；而小電容則表現(xiàn)為容性阻抗并隨頻率增加而減少，而且此時(shí)整個(gè)電容電路的阻抗比單獨(dú)一個(gè)電容時(shí)的阻抗要小。

（2）接地系統(tǒng)

大多數(shù)電子產(chǎn)品都要求接地。接地是使噪聲干擾最小化并對(duì)電路進(jìn)行劃分的一個(gè)重要方法。接地主要表現(xiàn)在為模擬與數(shù)字電路之間提供參考連接以及在PCB的地層和金屬外殼之間提供高頻連接。

PCB經(jīng)常包含著危險(xiǎn)電壓。它包括在電源組件、通信電路、延遲驅(qū)動(dòng)儀表控制、功率交換模塊以及類似的器件中。要使產(chǎn)品符合安全規(guī)則，并符合電磁兼容性，必須去掉這些危險(xiǎn)電壓，通常的策略就是采用地線或地平面系統(tǒng)。地線（或地平面）實(shí)質(zhì)是信號(hào)回流源的低阻抗路徑。由于地線的這種作用，使得地線中可能會(huì)有很大的電流存在。因?yàn)榈鼐€的阻抗不會(huì)是零，因而這種電流會(huì)產(chǎn)生電位差。當(dāng)?shù)鼐€中有電位差存在時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的影響就很明顯了：地電位差能夠造成電路的誤動(dòng)作，使系統(tǒng)工作不正常。