高速PCB设计指南5——电磁干扰和电磁兼容

上一期我们介绍高速PCB中的叠层设计和PCB技术，这一期我们介绍PCB中的电磁干扰和电磁兼容

电磁兼容（EMC） 是电气工程领域处理意外生成、电磁能的传播和接收。这些元素可能会导致意外电磁干扰（EMI）等影响。

在许多设计中，在初始设计期间没有考虑 EMC 设计注意事项 阶段。在生产后解决 EMC 问题可能是一项艰巨的任务。大多数设计师认为这些问题可以在产品开发周期结束后使用额外的EMC抑制组件来解决，然而，这是相当具有挑战性，并且可能是一个昂贵的修复。

1. 电磁兼容性（EMC）

对 EMI/EMC 的全面处理不在本书的讨论范围之内。在这里，我们只讨论一些有助于降低产生的 EMI 和提高对接收 EMI 的抗扰度的良好设计实践。

2. EMC和EMI定义

所有电子电路都会产生电磁干扰或电磁干扰（EMI），并且还会受到其他电气/电子设备产生的EMI 的影响。因此，我们在 PCB 设计过程中的目标是两个方面：

1. 产品不应产生超过可接受水平的 EMI 干扰。
2. 产品应不受可接受水平的 EMI 干扰。

如果我们实现了上述两个目标，我们就成功实施了电磁兼容性（EMC）。

EMC 标准规定了两个可接受的水平：EMI 产生和 EMI 敏感性。如果要求产品经过 EMC 认证，则设计必须确保产品在运行时产生的 EMI 在规定的水平内，并且如果存在规定的接收 EMI水平，产品不会发生故障。

3. EMI的来源

关于EMI的来源，大致可以分为以下几类：

1. 射频信号、谐波等
2. 快速信号转换、高频时钟信号
3. 雷电、电源电路、电机、断路器和其他电源开关设备等产生的瞬变。

EMI 可以通过辐射或传导发生：

• 通过电源输入线、电缆等导电。这将是 30 MHz 以下的主要 EMI。
• 来自电力和通信传输线、电源开关装置的电磁辐射、电弧和静电放电。这些将是 30MHz 以上的主要 EMI。

4. EMC的最佳PCB设计实践

下面列出了几条在PCB设计方面，有助于减小EMC问题的做法：

• 大多数 EMI 问题都可以追溯到不良的接地设计。良好的接地设计不太容易受到 EMI 的影响。

• 将电流回路减少到最低限度，特别注意高频信号。通过在高速信号下方使用稳定接地参考，可以减少电流环路。

• 逻辑系列的选择：不要选择比要求更快的逻辑系列;更快的逻辑系列将产生更多的 EMI。

• 选择具有最高噪声容限的逻辑器件家族；因为其对 EMI 的敏感性较低。

• 电源轨也是 EMI 问题的根源。使用稳定的接地层以避免 EMI 问题。

• 阻抗匹配：信号振铃/失真较小，因此 EMI 较小。

• 屏蔽实践：用金属外壳屏蔽所有高频电路段。

• EMC 滤波：低通或带通滤波器衰减高频分量：

• 串联铁氧体磁芯电感器是用于输入电源轨的有效低通滤波器：铁氧体磁珠在高频下具有非常高的阻抗，在低频下具有几乎可以忽略不计的阻抗。

• 并联电容器

• 电源滤波器

• IO 过滤器

• 穿心器件（Feedthroughs）

• 三端子电容器

• 电缆屏蔽端接