新一代电子技术可以提高组件的高边缘速度，电路工作速度的提高对PCB设计提出了越来越高的要求，PCB设计的质量甚至决定了元件和整个电路的工作性能，特别是考虑到成本和PCB面积以及综合电路的功能，电磁干扰EMI（电磁接口）产生的来源越来越广泛，机制复杂。
电磁干扰EMI机制和解决方案
EMI的主要元素包括电磁干扰源，传输路径和干扰对象，由于元件导致EMI的出现，有必要确定易于分辨的元件和那些只能在PCB设计过程中部分解决的元件，以便在布局，布线过程中考虑它们和接地。
1、布局
在PCB布局方面，应根据不同的功能划分区域。不同的功能分布在不同的区域，同时必须特别注意功能区域的敏感单元。
通常PCB布局必须遵循以下原则：
a、在高速电路中，必须考虑元件引脚分布的参数，并且元件引脚的分布容量对于高速时钟信号尤为重要。同时，必须考虑分布电感，因为它可能导致信号振荡，从而导致电路功能失效。因此，在布局过程中，必须以高密度布置分布，降低引线长度以便将来布线，并且EMI的影响降低。
b、如果模拟组件和电子组件都保留在电路中，则它们必须在布局过程中独立分配。由于数字元件的信号具有复杂的复合材料，存在多个谐波，因此对模拟信号产生很大的影响。因此必须非常谨慎地考虑它们。
C、时钟单元在高速电路中至关重要。时钟单元的工作机制实际上相当于噪声源，这意味着当满足某些条件时，该单元将振荡。作为导电干扰和辐射干扰的重要来源，时钟单元不得放置在PCB的边缘。否则，EMI会变得如此严重。有必要将时钟单元放置在PCB的中心，这可以大大降低电路中的EMI。
2、路由
在PCB布线过程中，在低成本的情况下，可以尽可能地扩大接地面，以减少EMI的影响，但是，在严格控制成本的情况下，必须仔细考虑PCB层数和堆叠顺序。此外，必须考虑信号类型，并且必须独立地对高速信号和低速信号执行路由。此外，还必须考虑其他因素，包括噪声源和如何加强噪声抑制，阻抗匹配问题（没有合适匹配的高速信号肯定会导致信号反射并降低电路的可靠性），以及网表。
a、路由的基本原则路由遵循的一般原则包括：
1）布线时应避免使用断点，这意味着应避免使用直角，如下图1所示。
PCB布线类型
由于直角可能会导致反射，因此应设计平滑的拐点以避免这种现象。同时，关键信号不得超出分割区域，否则EMI将立即增强。常见的信号旁路是跨越不同的功率划分区域。
2）在布局过程中，模拟元件和数字元件需要相互分开，这意味着应该划分它们的布线。同时，地线和电源线的宽度应扩大，一般规则是地线的宽度大于电线的宽度大于信号线的宽度。此外，3W原理应充分考虑信号线的布线，而对于多层板，在内层应考虑20H原则，完成上述工作可以避免70％的EMI。就模拟敏感线而言，可以采取措施，例如接地。
3）对于USB2.0或其他高速差分线路的布线，应采用耦合布线，保证差分对之间参考面的完整性。由于差分对通常是高速信号，因此不应将布线布置在PCB的边缘。
b、循环
在PCB设计中永远无法避免循环。循环由流出的信号形成，并且每个环在功能中起到天线的作用。为了降低PCB中的EMI，应该减少环路的数量和环路的天线能力。这意味着在PCB设计中应了解每个信号的流向，并且必须降低高速信号的环路面积。
在电路中，常用的环路位于去耦电容所包含的功率环路中，如图2所示。
解耦循环
如果将去耦电容放置在图2中的左图中，则会产生相对较大的电流环，并出现明显的EMI现象。相反，在图2的右图中，去耦电容紧邻芯片放置，产生极小的去耦回路，其主要功能是降低电磁干扰EMI。显示应遵循的原则以减少循环：
1）每条信号线上的两点之间只保证一条路径。
2）在确保信号回路的情况下，应该使用地平面，没有阻塞。
C、PCB的地线
1）在PCB接地系统中，数字接地，模拟接地和系统屏蔽接地之间应区分不同。磁珠和电容器用于分离数字地和模拟地，数字地和场地应直接连接。
2）如果允许，接地线应在PCB上加宽。
3）通过地线进行闭合电路，以增强抗干扰能力，降低系统间的电平差。
3、过滤器设计
在高速PCB中，可以在电源线和信号线上实现滤波处理。常见的措施包括增加磁性过滤器组件，EMI滤波器和去耦电容器。
普通滤波电路
a、选择去耦电容
1）在电路中，去耦电容有助于使功率平稳，增强抗干扰能力。通常，陶瓷电容器由于其高稳定性，高精度，小体积和低ESR（等效串联电阻）而被选为去耦电容器。在电路设计中，电阻值选择在1μF至100μF的范围内，同时必须根据电路考虑耐压能力。
2)去耦电容必须紧密放在元件旁边。
b、选择磁性元件
磁性元件可分为电感器和磁珠，通常，电感器在电源端子的末端被拾取，而信号线之间的磁珠被拾取。在元件选择过程中，必须考虑饱和参数。一旦磁性元件达到饱和状态，它们就会被烧毁。此外，必须考虑磁性部件的质量和DCR参数。
信号线中常用的措施在于在串行线上应用磁珠以增强EMI容量。
添加了带磁性元件的信号线
C、选择EMI滤波器
具有严重共模干扰的区域在于有电源输入和信号线输出的地方。避免共模干扰的一般措施包括增加共模电感，压敏电阻，LC电路和特定的EMI滤波器。在高速电路中，必须考虑在USB和HDMI等数字接口上进行高速传输时的EMI问题。
4、信号反射
在信号传输中，总是期望源端子处的能量被传输到装载端子，这意味着ZL应该等于ZO。如果它们彼此不相等，则会反映部分能量。如果线路的传输延迟相对较长，则较强的信号将被反射回源终端。然后，当产生振铃时，必须改变相对大的量以进行补偿，如下面的图5所示。
信号振铃
当信号振铃时，电磁干扰EMI达到严重程度的峰值，为避免PCB设计中出现此类现象，请遵循表下面的原则。
信号边沿时间（ns） 信号线长度（英寸）
5 8.6
4 6.9
3 5.1
2 3.4
1 1.7
电磁干扰EMI测试
产品设计完成后，尽管有很多措施可以避免电磁干扰EMI，但在实施测试之前不会发现问题，然后可以进行一些修改来解决问题。
EMI测试包括测试方法，设备和测试位置，测试方法应参考所有项目。如果设备无法达到标准，可以使用光谱仪进行定性测试，如果需要特定的设备电磁干扰EMI值，则必须使用专业设备。至于测试位置，好在暗室进行测试。
贝斯通检测科技总部位于深圳，有大型的电磁兼容EMC实验室，认监委授权CNAS机构，上千种产品EMC认证整改经验，提供设计指导，详情咨询工程师！
认证电话：我们
阅读本文的人还阅读了：
1、电磁兼容EMC的基础知识：什么是串扰？
2、电磁兼容知识：EMC标准和法规的演变
