现已分享降低 EMI 的最佳 PCB 设计指南

现已分享降低 EMI 的最佳 PCB 设计指南

电磁干扰的构成

我们从物理学中知道，自然界有四种基本力。 它们是强核力（结合中子和质子）、弱核力（允许放射性衰变）、重力（赋予物体重量或拉向更大的物体）和带电粒子之间的电磁力（这是磁引力）。 在许多情况下，这种具有电和磁特性的吸引力是有利的。 例如，磁性元件用于促进电机中的定子围绕转子运动。 然而，在其他情况下，这种自然产生的力可能会给所需的电路操作带来严重问题。

所有电子电路板的设计都是为了允许甚至增强电子流以实现某些性能目标。 这个动作——电流通过闭合路径——产生一个向外投射并垂直于电流的磁场。 当现场附近有电子元件或信号路径时，就会产生电磁干扰（EMI）。 对于许多 PCBA 设计，尤其是高速电路板，控制 EMI 量是必须全面管理的首要考虑因素。 对于带有散热器分类模块的电路板，常见的方法是实施EMI滤波器设计虽然滤波器很有效，但作为电路板设计人员，了解其他降低EMI的PCB设计指南可能是你必须经常使用的工具。

EMC 和 EMI：有什么区别？

大多数PCBA并不是产品中唯一的电子或电气设备。 因此，在深入研究电路板EMI问题之前，对EMI问题有一个宏观或系统层面的了解是有帮助的。 正如电磁能从单个元件、导体或走线发射一样，它也会从电路板本身辐射到环境中； 如果您以前没有这样做过，请将高斯计放在 PCB 附近，您将获得读数。 当多块板靠近时，实现电磁兼容性或 EMC 非常重要。

EMC可以被认为是在电磁组件之间实现可接受的和谐或平衡，使得干扰最小或至少低到不会显着干扰正常操作。 不幸的是，不可能消除所有 EMI； 然而，获得 EMC 是。 EMI实际上是任何来自电磁源的干扰，通常是指对单个PCBA的干扰。 这种分类足以调查问题，因为最大限度地减少电路板上和来自电路板的 EMI 有助于电路板工作环境中的 EMC。

PCB的EMI从何而来？

电磁跨越无限的频率范围，几乎无处不在。 而且，如下图所示，它是由我们日常使用的很多工具、设备和产品产生的。

电磁频谱

只要有电流存在，就会有EMI的可能。 对于PCBA来说，EMI的来源可分为以下几类之一：

成分

电子元器件——尤其是处理器、FPGA、放大器、发射器、天线等高功率设备——可能对 EMI 产生重大影响。 此外，开关组件会产生破坏性干扰。

信号和轨道

EMI 也可能沿布线或引脚和连接器点产生。 例如，不平衡的差分对布线可能会导致信号沿传输路径衰减和反射，这可能会严重影响信号完整性或准确识别信号的能力，从而导致不正确的电路行为。 此外，由于杂散电容，信号路径和接地层之间可能会发生不必要的耦合。

外部来源

如果电路板距离辐射源（可能是另一块电路板或元件）太近，则可能会将 EMI 引入您的 PCBA。 电路板环境中其他设备或装置的振动或移动也可能产生谐波。

显然，消除所有潜在的 EMI 源是一项艰巨的任务。 幸运的是，可以制定降低 EMI 的 PCB 设计指南，以帮助最大限度地减少噪声并实现 EMC。

降低 EMI 的最佳 PCB 设计指南

了解可能影响电路板的 EMI 来源对于制定缓解 PCBA 性能持续威胁的策略至关重要。 此外，从源的角度来看，EMI，其中最小化方法是针对特定源的，可以很好地设计一套PCB设计指南来降低EMI。

降低元件EMI

如前所述，元件可能是电磁辐射的主要来源，这不仅会影响板上操作，还会损坏外部PCBA和电子电路。 因此，制定减轻其负面影响的措施（如下所列）对于良好的 EMI 降低指南至关重要。

如何降低元器件的EMI

尽可能选择低功耗器件。

电路板上最大的 EMI 发生器之一是需要大量功率的组件。 随着降低功耗的努力，通常可以找到不牺牲功能或质量的替代方案。

隔离不同类型的组件

良好的设计实践是始终将处理相同类型信号的组件放在一起。 例如，数字组件应靠近其他数字组件并与模拟设备隔离。

使用PCB围栏

另一种降低 EMI 的方法是将组件或子电路封闭在栅栏内； 如PCB保护环、法拉第笼等。 这些还可以有效减少对电路板周围环境的辐射。

采用散热技术

对于电子元件来说，能量会产生热量。 因此，高效的散热器和通孔可以极大地帮助降低 EMI。除了降低元件的EMI外，布线的运行方式也会极大地影响电路板的EMI。

最小化 EMI 的 PCB 布局设计

布局电路板时最重要的考虑因素之一是间距。 这包括确保导电元件之间有足够的间隙和爬电距离。

保持足够的间隙对于最小化 EMI 至关重要

对于多层板，导电层和接地层之间的顺序和距离也很重要。

如何降低信号和平面的 EMI

信号线之间留有足够的间隙。

减少运行之间 EMI 的最重要因素是间距或间隙。 遵循 CM 的建议，该建议应基于 IPC 标准。

确保去耦和旁路电容器接地

杂散电容是难以避免的； 然而，可以通过将电容器尽可能靠近引脚接地来减轻其影响。

使用良好的 EMI 滤波

大多数设计，尤其是使用数字信号的设计，都包含会导致信号失真的开关器件。 在这些情况下，提高信号保真度的最佳方法是滤波。

最小化返回路径的长度

接地回路应尽可能短。

确保差分接线相同

对于差分信号路径，布线对必须相互镜像。 这包括运行长度、铜重量和恒定间距。 如有必要，应使用曲折来保持长度和间距。

避免尖角

布线时，请使用圆边而不是尖角，因为尖角可能会因改变特性阻抗而导致反射。

不要将导电层彼此相邻放置