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EMI超标怎么办?有效降低电路EMI的5个技巧    

电磁相容(ElectromagneticCompatibility;EMC),包含电磁干扰(ElectromagneticInterference;EMI)和电磁耐受性(ElectromagneticSensibility,EMS)两大部分。

EMI指的是电气产品本身通电后,因电磁感应效应所产生的电磁波对周边电子设备所造成的干扰影响;EMS指的是电气产品本身对外来电磁波的干扰防御能力,即电磁场的免疫程度。电磁干扰传播或耦合,通常分为两大类:即传导干扰传播和辐射干扰传播。透过导体传播的电磁干扰,称为传导干扰;透过空间传播的电磁干扰,则是辐射干扰。本文将重点讲述EMI的一些实战设计技巧。

有效降低电路EMI的5个技巧  

技巧1:环路要小  

当存在一个磁场时,一个由导电材料形成的环路充当了天线,并且把磁场转换为围绕环路流动的电流。电流的强度与闭合环路的面积成正比。较小面积环路中通过的磁通量也少,感应出的电流也较小,因此环路面积必须最小。保持讯号路径和它的地返回线紧靠在一起将有助于最小化地线环路,避免出现潜在的天线环。每根讯号最好能做到与地的回流路径最短,回路面积越小,讯号的抗干扰能力越强,对外的EMI也达最小。

敏感讯号用地包住,这样包地即提供了讯号最短回流路径,也能消除与其他相邻讯号的干扰。例如时脉讯号、高频讯号等,在PCB设计时进行包地处理,并打些地孔,可有效降低EMI,包地处理如图1所示。

第二种环路,出现在板级连接的场合。如智慧机上盒(STB)产品,在STB主机板和EOC主机板或者Wi-Fi模组连接时,会在GND链路形成一个板级环路,可以在GND中间串接一个电感或者铁氧体磁珠进行隔离。

第三种环路,透过双绞线电缆传输讯号时,每对差分发射/接收都形成一个环路,因双绞线紧密耦合,对于链路的电缆部分而言环路面积很小。需要保持紧密耦合,减少环路面积。

技巧2:增加旁路电容  

因CMOS电路在时脉转换期间吸收的电流要高出平均流耗10mA的标准,而在时脉转换周期之间的流耗非常低甚至为零,所以辐射限制方法是电压和电流的峰值,不是平均值。在时脉转换过程中从电源至晶片电源接脚额电流浪涌是一个主要的辐射源,近端位置增加旁路电容,那晶片所需的电流直接由该电容提供,避免了电流浪涌的产生,减少了杂讯。在晶片电源接脚、I/O接口、重要讯号介面等位置增加旁路电容,有助于滤除积体电路的开关杂讯。晶片电源接脚增加旁路电容(0.1μF)处理,电容要靠近接脚摆放,如图2。

技巧3:管控好阻抗匹配  

高速讯号利用一根传输线并在该传输线上遇到特征阻抗的变化时,一部分讯号会被反射回讯号源,另一部分讯号将沿原来的方向继续传输,反射的讯号将会导致辐射。

讯号线和接地平面之间存在讯号,辐射可以由讯号走线或者接地平面的中断所引起,所以要注意讯号走线下方的接地平面是否完整。讯号线下方的地要完整,要有完整的参考面。讯号电流经过一个低阻抗的路径返还其驱动源,能够有效减小辐射,而且由于地层的遮罩作用,使得电路对外辐射的灵敏度也会降低。如果两个电路的参考电平不一致,就会产生功能问题,如杂讯容限和逻辑开关门限电平紊乱,这个接地杂讯电压就会导致地环路干扰的产生。

PCB板叠构设计方面,在多层PCB中,推荐把电源面和接地面尽可能近的放置在相邻的层中,它等效于一个均匀分布在整个板上的去耦电容。速度最快的关键讯号应当放在临近接地面的一边,非关键讯号则布放在靠近电源面。

做好阻抗管控、减少讯号反射、降低辐射,如差分100Ω阻抗、USB90Ω阻抗、DDR50Ω阻抗、RF50Ω阻抗、EOC同轴75Ω阻抗等,重要讯号做好包地处理(图3)。

技巧4:做好遮罩  

遮罩是最好的解决EMI问题的有效方法。辐射源遮罩能够极大限度的解决EMI问题。在干扰源和干扰物件之间插入一金属遮罩物,以阻挡干扰的传播,可以做好预留设计(图4)。

技巧5:电源处理  

电源DC-DC晶片的VIN接脚,合理配置电容,减少输入电源的EMI;在输出端合理配置电感或铁氧体磁珠,这样电路动态功率将从近端的电容获取,而不是从远端的电源获取,降低了杂讯干扰。另外,电源平面和地平面尽量完整。