别让回路“出轨”:电子设备的隐形扰源

一引言

常言道“不以规矩不成方圆”，世间万物都有始有终，就类似一个圆形，在落笔的那瞬间，结束点也落在起始点。所以，我们的生活中的一切电子产品都亦是如此，在上电的瞬间，电流就会从开始的地方重新回到源头，而在电子领域里，将之称为回路。

二PCB layout回路中的EMC问题

根据法拉第电磁感应定律，回路面积越大，对外部磁场或高频信号的敏感度越高，同时也会产生更强的电磁辐射（尤其是高频信号回路）。

【辐射发射】：大回路相当于天线，可能超出EMC标准限制（如CISPR、FCC）；

【抗扰度】：大回路易受外部干扰（如ESD、射频干扰）；

地平面分割不当或地回路设计不良，会导致地弹（Ground Bounce）和共模噪声，引发EMI问题。

高频信号（如RF、高速数字信号）的回流路径会沿最低阻抗路径（通常是最近的地平面），若路径不连续（如地平面缺口或过孔），会导致回流绕行，增大环路面积。此外，还可能引发串扰、信号完整性问题和辐射。

信号线跨越电源或地平面分割时，回流路径被迫绕行，导致环路面积增大和EMI风险。

三实际案例

具体情况还是让我们来看一下实际案例，请往下看：

这是一台车载中控机，主要存在了时钟和电源问题下图是实验室的摆放图，如下图。

其中，该产品是在CEC和RE测试结果超过标准限值，RE测试结果可以初步判断1560MHz是典型的屏时钟问题，CEC测试数据可以初步判断机器存在DC-DC和时钟问题。测试的数据如下：

在对机器进行排查阶段，断掉了屏排线FPC之后，1560MHz时钟频点有明显的下降。此外，还用频谱和示波器对机器进行探查，发现探头只有在主控到屏的走线上探测到1560MHz频点，故此可初步判定是屏时钟的问题。对此可以发现此时的时钟的噪声电流回路如下图：

图中1、2、3、4是噪声电流通过LVDS信号线流到屏中，图中5、6则是噪声电流通过分布电容流到屏的大地，再通过排线的屏蔽层大地回到主控板GND与主控LVDS输出端形成回路。

对此，在屏时钟上加了滤波电容，噪声电流也会通过滤波电容到GND，再经过GND回到主控，大大地缩短了噪声电流的回流面积。减小了噪声对外的辐射能量强度，可以改善机器的EMI问题，回路图如下：

测试数据如下：

在 CEC 测试中发现存在与 500kHz 开关频率相关的噪声及时钟问题，经排查确定为二级电源开关动作和 DSP 时钟信号谐波所致。

【整改措施如下】：

1.电源输入端加共模滤波器抑制共模噪声电流，PCBLayout时对共模滤波器下方地层进行开槽分割，避免电感与地平面产生寄生电容，噪声经过寄生电容从而回路增大；

2.在二级电源SW输出端添加由电阻与电容串联构成的RC阻尼吸收电路，消耗开关管开关时的LC谐振能量以抑制谐波传导；

3.在DSP时钟上加pf电容进行滤波。

整改之后的测试数据如下：

四总结

综上所述，噪声回流路径是影响EMI性能的关键因素。本次整改通过分析噪声耦合机制，针对屏时钟、电源开关噪声和DSP时钟等关键干扰源，采取优化回流路径（增加滤波电容）、阻断共模传播（改进共模滤波器布局）以及阻尼抑制（电源端RC吸收）等措施，有效降低了辐射干扰。这些经验表明，控制噪声回流路径是解决EMI问题的有效思路，为后续产品设计提供了重要的EMC优化方向。