梳理电子产品EMC核心设计技巧

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梳理电子产品EMC核心设计技巧

印制电路板是各类电子设备的基础载体。实际研发中，即便电路原理图设计合理，PCB 布局布线不当依然会严重影响整机可靠性。例如 PCB 两条走线距离过近，会引发信号传输延时、终端反射噪声等 EMI 问题。因此 PCB 设计阶段必须落实电磁兼容设计思路。

                               
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电磁兼容性设计

电磁兼容性是指电子产品在各种电磁环境中仍能和谐高效地工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子产品能够抑制各种外部影响，使电子产品能够在特定的电磁环境中正常运行，同时减少电子产品本身对其他电子产品的电磁干扰。

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选择合理的印制线宽度，因为瞬时电流在印制线框上的影响一般是由印制线的电感成分引起的，因此应尽量减少印制线的电感。印制线的电感量与其长度正相关，与其总宽度反比，因此短而宽的导线的导线有利于抑制影响。时钟线、行控制器或总线驱动器的电源线往往携带较大的瞬时电流，印刷线应尽可能短。对于分离部件电路，印刷线的总宽度为1.5mm左右时，可完全满足要求；对于集成电路，印制线总宽可为0.2～1.0mm中间挑选。

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选择正确的布线对策，选择加宽走线可降低单线电感，但会增大线间互感与分布电容。如果布局允许，最好选择井形网状布线结构。具体方法是印制板一侧水平布线，另一侧垂直布线，然后在交叉孔处连接金属化孔。为了防止印制板导线之间的串扰，规划布线时应尽量避免长距离平行布线。

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在电子产品中，接地是控制影响的主要途径

如果接地和屏蔽能正确结合，大部分影响问题都可以处理。电子产品中的地线结构可能是系统的、外壳（屏蔽）、数字（逻辑）和模拟。在地线设计中应注意以下几点：

                               
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信号频率低于 1MHz 时，走线自身电感带来的影响微弱，接地环路形成的环流干扰更为突出，适合采用单点接地方案。

当信号输出功率超过10MHz时，当地线阻抗变得非常大时，应尽量减少地线阻抗，使用就近多点接地。当输出功率为1~10MHz时，若采用一点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

                               
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数字电路与模拟电路分离电路板上既有快速逻辑电路，也有线性电路，应尽可能分离，两者的地线不需要与电源端地线相连。尽量增加线性电路的接地面积。

                               
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尽量加厚接地线。如果接地线很薄，接地电位会随着电流的变化而变化，导致电子产品的时序信号电平不稳定，抗噪声特性变差。因此，接地线应尽可能加厚，以通过三个位于印刷电路板上的允许电流。如有可能，接地线的宽度应超过3mm。

                               
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当接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印刷电路板的接地线系统时，仅纯数字电路 PCB 可采用闭合地线环路；模拟电路禁止地环路设计。

原因是印刷电路板上有许多集成电路部件，特别是当耗电较多的部件时，由于接地线尺寸的限制，会在接地结上造成较大的电势差，导致抗噪声能力下降。如果接地形成环路，电势差会降低，电子产品的抗噪声水平会提高。

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印制电路板尺寸及设备布局

印制电路板尺寸适中，印制线框过大，阻抗提高，不仅降低抗噪声能力，成本高；太小，排热不好，会受到相邻线框的影响。在设备布局层面，与其他逻辑电路一样，相关设备应尽可能接近，以获得更好的抗噪声效果。时钟产生器、晶体振动和CPU时钟键入口容易产生噪音，需要更接近对方。对于容易产生噪音的设备、小电流电路、大电流电路等。应尽量避开逻辑电路。如果可能的话，应该一个电路板，这是非常重要的。

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配备去耦电容

                               
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在直流电源电路中，负荷的变化会引起电源噪声。例如，在数字电路中，当电路从一种情况转换为另一种状态时，会在电源线上产生大的峰值电流，形成瞬变噪声电压。配置去耦电容可抑制负载切换产生的电源噪声，是印制电路板可靠性设计的基本方法。

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配置标准如下：

● 电源输入端并联 10~100μF 电解电容；若 PCB 空间充足，优先选用 100μF 及以上容量电解电容，抗干扰效果更佳。

● 每个集成电路芯片配备.01uF陶瓷电容器。如果印刷电路板空间小，放不进去，可以每4~10个芯片配备1~10uF钽电解电容器，这类设备的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，而且漏电流不大(0.5uA下列）。

● 对于噪声能力弱、关闭时电流变化大的器件和器件ROM、RAM等存储装置，需要在芯片的电源线上（Vcc）和地线（GND）立即连接去耦电容。

● 去耦电容引线尽可能短，高频旁路电容紧贴芯片电源引脚，无延长引线

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散热设计

从有利于排热的角度来看，印制版最好站立组装，板与板之间的距离一般不小于2cm，并且设备在印制版中的排列要遵循一定的规则：

自然对流风冷设备，集成电路等元器件建议纵向排布；采用强制风冷的设备，元器件建议横向排布。

同一印制板内的设备应根据其热值尺寸和排热水平进行排序。发热量小或耐温性差的设备（如小信号晶体管、小集成电路、电解电容器等）应放置在冷却气流入口。热值大或耐温性好的设备（如功率晶体管、大型集成电路等）应放置在制冷气旋最下游。

在水平方向上，大功率设备应尽可能靠近印刷板的边缘布局，以减少传热方式；在垂直方向上，大功率设备应尽可能靠近印刷板，以减少该设备对其他设备温度的影响。对温度特别敏感的设备应放置在温度最低的区域（如设备底部），不要放置在热设备上方，多个设备应尽可能在水平表面重叠。

设备内印刷板的排热取决于空气流动，因此应研究空气流动方式，合理配置设备或印制电路板。当空气流动时，它总是倾向于在阻力小的区域流动。因此，在印制电路板上配备设备时，应避免在某一区域留出较大的航线。

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