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分享电磁干扰实用小技巧

2020年08月06日 16:07 次阅读

电磁干扰(EMI)历来是让PCB设计工程师们头疼的一个问题,它威胁着电子设备的安全性、可靠性和稳定性。因此,我们在设计PCB时,需要遵循一定的原则,使电路板的电磁干扰控制在一定的范围内,达到设计要求和标准,提高电路的整体性能。

电磁干扰(EMI)

电磁干扰有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中,高频信号线集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

解决EMI问题的6个技巧

为了抑制电磁干扰,可采取如下措施:

将PCB接地

降低EMI的一个重要途径是设计PCB接地层。第一步是使PCB电路板总面积内的接地面积尽可能大,这样可以减少发射、串扰和噪声。将每个元器件连接到接地点或接地层时必须特别小心,如果不这样做,就不能充分利用可靠的接地层的中和效果。

一个特别复杂的PCB设计有几个稳定的电压。理想情况下,每个参考电压都有自己对应的接地层。但是,如果接地层太多会增加PCB的制造成本,使价格过高。折衷的办法是在三到五个不同的位置分别使用接地层,每一个接地层可包含多个接地部分。这样不仅控制了电路板的制造成本,同时也降低了EMI和EMC

电源与地合理布线

PCB电源与地的布线是否合理是整个电路板减小电磁干扰的关键所在。电源线和地线的设计是PCB中不可忽视的问题,往往也是难度最大的一项设计,设计时应遵循以下原则:

a.增大走线的间距以减少电容耦合的串扰;

b.电源线和地线应平行走线,以使分布电容达到最佳;

c.根据承载电流的大小,尽量加粗电源线和地线的宽度,减小环路电阻,同时使电源线和地线在各功能电路中的走向和信号的传输方向一致,这样有助于提高抗干扰能力;

d.电源和地应直接走线在各自的上方,从而减小感抗和使回路面积最小,尽量使地线走在电源线下面;

e.地线越粗越好,一般地线的宽度不小于3mm;

f.将地线构成闭环路以缩小地线上的电位差值,提高抗干扰能力;

g.在多层板布线设计时,可将其中一层作为“全地平面”,这样可以减少接地阻抗,同时又起到屏蔽作用。

滤波

在电源线上和在信号线上都可以采取滤波来减小EMI,方法有三种:去耦电容、EMI滤波器磁性元件。EMI滤波器如下图所示。

分享电磁干扰实用小技巧

▲滤波器的类型

减小环路

每个环路都相当于一个天线,因此我们需要尽量减小环路的数量,环路的面积以及环路的天线效应。确保信号在任意的两点上只有唯一的一条回路路径,避免人为环路,尽量使用电源层。

避免90°角

为降低EMI,应避免走线、过孔及其它元器件形成90°角,因为直角会产生辐射。在该角处电容会增加,特性阻抗也会发生变化,导致反射,继而引起EMI。要避免90°角,走线应至少以两个45°角布线到拐角处。

电缆和物理屏蔽

承载数字电路和模拟电流的电缆会产生寄生电容和电感,引起很多EMC相关问题。如果使用双绞线电缆,则会保持较低的耦合水平,消除产生的磁场。对于高频信号,必须使用屏蔽电缆,其正面和背面均接地,消除EMI干扰。

物理屏蔽是用金属封装包住整个或部分系统,防止EMI进入PCB电路。这种屏蔽就像是封闭的接地导电容器,可减小天线环路尺寸并吸收EMI。

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