电路板设计人员非常熟悉设计过程中的电磁干扰 (EMI) 挑战。在所有电子元件中，EMI 通过辐射和感应影响设备的功能，导致反馈、静电和通信错误等问题。

尽管 EMI 在一定程度上是不可避免的，但仍有很多方法可以最大限度地减少 EMI 的影响并确保您的电路板设计可靠且功能正常。以下是我们关于如何在制造过程中降低印刷电路板 EMI 的重要提示。

 

什么是电磁干扰？

电磁干扰是由电和磁之间的相互作用引起的。由于所有电流都会产生磁场，并且所有磁场都会产生小电流，因此设计不当的设备很容易受到 EMI 的影响。当电子元件靠得太近、由同一电源供电或在产生无线电波的高功率发射器范围内时，通常会发生干扰。尽管 EMI 经常是人为的，但它也可能是来自闪电或太阳耀斑的强烈静电能量的结果。

 

常见的 EMI 类型

  • 辐射 EMI：当电子元件受到附近源产生的无线电频率的影响时，就会发生辐射 EMI。
  • 传导 EMI：当多个设备连接到同一电气路径时会发生传导 EMI。如果电路过载，这可能会导致设备重新启动或断电。
  • 耦合 EMI：当电源和接收器靠得太近时，就会发生耦合 EMI。磁耦合 EMI 是导体磁场干扰附近设备的结果。当两个导体靠得太近并在它们之间积聚电荷时，就会发生电容耦合 EMI。

是什么导致电路板中的 EMI？

由于其紧凑的设计和高速频率，电路板提出了一系列独特的挑战。以下是电路板中 EMI 的一些主要罪魁祸首：

天线： PCB 上的任何金属元件都可以充当天线，但需要一点鼓励。因此，较大的金属区域可能会导致 EMI 增加。

返回路径：如果信号没有直接返回参考平面的路径，则信号可能会通过延伸到电路板的其他区域而产生额外的噪声。

串扰：如果 PCB 上的走线太靠近，它们可能会干扰彼此的信号并破坏电路板的功能。在这种情况下，一个信号成为“攻击者”，一个信号成为“受害者”。入侵信号通过电容耦合影响受害者的功能，并导致电流出现问题。

 

管理 PCB 中 EMI 的技术

尽管 EMI 始终是 PCB 设计中的一个因素，但这并不意味着它无法控制。包括走线布局和接地层组成在内的设计技术可以显着降低电路板中的 EMI 量。以下是一些在不影响功能的情况下降低 EMI 的方法。

 

地平面

精心设计的接地层将显着降低电路板产生的任何 EMI。由于所有 PCB 都需要接地层才能发挥作用，因此在实施降噪策略时，这是一个简单的第一步。接地层用作电路板上电流的返回路径，通常由一层薄薄的铜箔制成。接地层旨在吸收返回信号，从而最大限度地减少串扰和干扰。

优化接地层的功能可能会大大降低 EMI 的影响：

  • 多层板：添加另一个接地层可分散高速信号并最大限度地降低噪声。
  • 拆分接地层：如果您需要分离模拟和数字接地层，您可以考虑拆分接地层。使用这种设计时要谨慎，因为分离的接地层会在板上增加更多的金属元件，并且容易充当天线。
  • 连接到单点：多个接地连接会产生更多噪声，因此最好尽可能简化您的设计。
  • 减少环路长度：将旁路和去耦电容器连接到接地层，以减小环路尺寸并减少 EMI 辐射。

 

走线布局

走线布局是降低电路板 EMI 的另一个关键组成部分。迹线是在电路内移动流动电子的导电路径。由于迹线传导电子，因此它们很可能成为天线并辐射出不需要的 EMI。

  • 避免直角：当走线角度超过 45 度时，电容会增加。这可能会导致反射和 EMI。设计圆角或角度小于 45 度的走线将有助于降低 EMI 风险。
  • 分离信号：分离高速和低速迹线，以及模拟和数字信号。
  • 缩短返回路径：信号的返回路径应尽可能短，以尽量减少 EMI。
  • 注意间距：太靠近的走线会产生串扰。保持至少两倍迹线宽度的空间以防止电容耦合。
  • 小心过孔：过孔允许您在布线时使用多个电路板层，但有时会增加电容和电感。这会导致组件之间出现不必要的反射。

使用 EMI 屏蔽

在某些情况下，一定量的 EMI 是不可避免的。幸运的是，利用 EMI 屏蔽仍然可以生产出高质量的电路板。屏蔽是一种保护层，可防止外部 EMI 影响您的组件。外部金属屏蔽，如法拉第笼，用于覆盖电路板，以防止附近的 EMI 从邻近源进入。一些屏蔽也用于覆盖内部组件，以防止电路板本身内部的 EMI 泄漏。电缆承载电流，是增加 EMI 的另一个风险因素。幸运的是，电缆可以使用保护涂层进行屏蔽，从而降低 EMI 并隔离高频信号。