講述EMI的一些實(shí)戰設計技巧

EMC基礎知識

EMC（Electromagnetic Compatibility，電磁兼容），包含EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾）和EMS（Electromagnetic Sensibility，電磁抗擾度）兩大部分。

EMI指的是電氣產(chǎn)品本身通電后，因電磁感應效應所產(chǎn)生的電磁波對周邊電子設備所造成的干擾影響，EMS指的是電氣產(chǎn)品本身對外來(lái)電磁波的干擾防御能力，即電磁場(chǎng)的免疫程度。電磁干擾傳播或耦合，通常分為兩大類(lèi)：即傳導干擾傳播和輻射干擾傳播。通過(guò)導體傳播的電磁干擾，叫傳導干擾；通過(guò)空間傳播的電磁干擾，叫輻射干擾，本文重點(diǎn)講述EMI的一些實(shí)戰設計技巧。

實(shí)戰設計技巧

1）環(huán)路要小

當存在一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，一個(gè)由導電材料形成的環(huán)路充當了天線(xiàn)，并且把磁場(chǎng)轉換為圍繞環(huán)路流動(dòng)的電流。電流的強度與閉合環(huán)路的面積成正比。較小面積的環(huán)路中通過(guò)的磁通量也少，感應出的電流也較小，因此環(huán)路面積必須最小。保持信號路徑和它的地返回線(xiàn)緊靠在一起將有助于最小化地線(xiàn)環(huán)路，避免出現潛在的天線(xiàn)環(huán)。每根信號最好能做到與地的回流路徑最短，回路面積越小，信號的抗干擾能力越強，對外的EMI也達到最小。敏感信號用地包住，這樣包地級提供了信號最短回流路徑，也能消除與其它相鄰信號的干擾。比如時(shí)鐘信號，高頻信號等，在PCB設計時(shí)進(jìn)行包地處理，并打些地孔，可有效降低EMI。

第二種環(huán)路，出現在板級連接的場(chǎng)合。如智能機頂盒產(chǎn)品，在STB主板和EOC主板或者WIFI模塊連接時(shí)，會(huì )在GND鏈路形成一個(gè)板級環(huán)路?？梢栽贕ND中間串接一個(gè)電感或者鐵氧體磁珠進(jìn)行隔離。

第三種環(huán)路，通過(guò)雙絞線(xiàn)電纜傳輸信號時(shí)，每對差分發(fā)射/接收都形成一個(gè)環(huán)路，因雙絞線(xiàn)緊密耦合，對于鏈路的電纜部分而言環(huán)路面積很小。需要保持緊密耦合，減小環(huán)路面積。

2）增加旁路電容

因CMOS電路在時(shí)鐘轉換期間吸收的電流要高出平均流耗10mA的標準，而在時(shí)鐘轉換周之間的流耗非常低甚至為零。所以輻射限制方法是電壓和電流的峰值，不是平均值。在時(shí)鐘轉換過(guò)程中從電源至芯片電源引腳額電流浪涌是一個(gè)主要的輻射源，近端位置增加旁路電容，那芯片所需的電流直接由該電容器提供，避免了電流浪涌的產(chǎn)生，減小了噪聲。在芯片電源管腳、I/O口、重要信號接口等位置增加旁路電容，有助于濾除集成電路的開(kāi)關(guān)噪聲。芯片電源管腳增加旁路電容(0.1uF)處理，電容要靠近管腳擺放：

3）管控好阻抗匹配

高速信號通過(guò)一根傳輸線(xiàn)并在該傳輸線(xiàn)上遇到特征阻抗的變化時(shí)，一部分信號會(huì )被反射回信號源，另一部分信號將沿原來(lái)的方向繼續傳輸，反射的信號將會(huì )導致輻射。

信號線(xiàn)和接地平面之間存在信號，輻射可以由信號走線(xiàn)或者接地平面的中斷所引起，所以要注意信號走線(xiàn)下方的接地平面是否完整。信號線(xiàn)下面的地要完整，要有完整的參考面。信號電流經(jīng)過(guò)一個(gè)低阻抗的路徑返還其驅動(dòng)源，能夠有效減小輻射，而且由于地層的屏蔽作用，使得電路對外輻射的靈敏度也會(huì )降低。如果兩個(gè)電路的參考電平不一致，就會(huì )產(chǎn)生功能問(wèn)題，如噪聲容限和邏輯開(kāi)關(guān)門(mén)限電平紊亂，這個(gè)接地噪聲電壓就會(huì )導致地環(huán)路干擾的產(chǎn)生。

PCB板疊構設計：在多層 PCB 中，推薦把電源面和接地面盡可能近的放置在相鄰的層中，它等效于一個(gè)均勻分布在整個(gè)板上的去耦電容。速度最快的關(guān)鍵信號應當放在臨近接地面的一邊，非關(guān)鍵信號則布放在靠近電源面。

做好阻抗管控，減少信號反射，降低輻射，如差分100ohm阻抗，USB 90ohm阻抗，DDR50ohm阻抗，RF 50ohm 阻抗，EOC 同軸75ohm阻抗等，重要信號做好包地處理。