講述EMI的一些實戰(zhàn)設(shè)計技巧

EMC基礎(chǔ)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(yīng)效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁波對周邊電子設(shè)備所造成的干擾影響，EMS指的是電氣產(chǎn)品本身對外來電磁波的干擾防御能力，即電磁場的免疫程度。電磁干擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導(dǎo)干擾傳播和輻射干擾傳播。通過導(dǎo)體傳播的電磁干擾，叫傳導(dǎo)干擾；通過空間傳播的電磁干擾，叫輻射干擾，本文重點講述EMI的一些實戰(zhàn)設(shè)計技巧。

實戰(zhàn)設(shè)計技巧

1）環(huán)路要小

當(dāng)存在一個磁場時，一個由導(dǎo)電材料形成的環(huán)路充當(dāng)了天線，并且把磁場轉(zhuǎn)換為圍繞環(huán)路流動的電流。電流的強(qiáng)度與閉合環(huán)路的面積成正比。較小面積的環(huán)路中通過的磁通量也少，感應(yīng)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緊靠在一起將有助于最小化地線環(huán)路，避免出現(xiàn)潛在的天線環(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(qiáng)，對外的EMI也達(dá)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。比如時鐘信號，高頻信號等，在PCB設(shè)計時進(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(xiàn)在板級連接的場合。如智能機(jī)頂盒產(chǎn)品，在STB主板和EOC主板或者WIFI模塊連接時，會在GND鏈路形成一個板級環(huán)路。可以在GND中間串接一個電感或者鐵氧體磁珠進(jìn)行隔離。

第三種環(huán)路，通過雙絞線電纜傳輸信號時，每對差分發(fā)射/接收都形成一個環(huán)路，因雙絞線緊密耦合，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電路在時鐘轉(zhuǎn)換期間吸收的電流要高出平均流耗10mA的標(biāo)準(zhǔn)，而在時鐘轉(zhuǎn)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。在時鐘轉(zhuǎn)換過程中從電源至芯片電源引腳額電流浪涌是一個主要的輻射源，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

高速信號通過一根傳輸線并在該傳輸線上遇到特征阻抗的變化時，一部分信號會被反射回信號源，另一部分信號將沿原來的方向繼續(xù)傳輸，反射的信號將會導(dǎo)致輻射。

信號線和接地平面之間存在信號，輻射可以由信號走線或者接地平面的中斷所引起，所以要注意信號走線下方的接地平面是否完整。信號線下面的地要完整，要有完整的參考面。信號電流經(jīng)過一個低阻抗的路徑返還其驅(qū)動源，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降低。如果兩個電路的參考電平不一致，就會產(chǎn)生功能問題，如噪聲容限和邏輯開關(guān)門限電平紊亂，這個接地噪聲電壓就會導(dǎo)致地環(huán)路干擾的產(chǎn)生。

PCB板疊構(gòu)設(shè)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，它等效于一個均勻分布在整個板上的去耦電容。速度最快的關(guān)鍵信號應(yīng)當(dāng)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。