我們從物理學(xué)中知道，自然界有四種基本力。它們是強(qiáng)核力（結(jié)合中子和質(zhì)子）、弱核力（允許放射性衰變）、重力（賦予物體重量或拉向更大的吸引物體）和電磁力（這是磁引力）帶電粒子之間）。在許多情況下，這種具有電和磁特性的吸引力是有利的。例如，磁性元件用于促進(jìn)電機(jī)中轉(zhuǎn)子周圍的定子運(yùn)動(dòng)。然而，在其他情況下，這種自然產(chǎn)生的力可能會(huì)對(duì)所需的電路操作造成嚴(yán)重問題。

所有電子電路板都旨在允許甚至加強(qiáng)電子流以實(shí)現(xiàn)某些性能目標(biāo)。這個(gè)動(dòng)作——電流通過閉合路徑——產(chǎn)生一個(gè)向外投射并垂直于電流流動(dòng)的磁場。當(dāng)該場內(nèi)有附近的電子元件或信號(hào)路徑時(shí)，就會(huì)發(fā)生電磁干擾（EMI）。對(duì)于許多 PCBA設(shè)計(jì)，尤其是高速電路板，控制 EMI 量是必須充分管理的首要考慮因素。對(duì)于帶有散熱器分類組件的電路板，常見的方法是實(shí)施EMI 濾波器設(shè)計(jì)。 盡管濾波器是有效的，但作為電路板設(shè)計(jì)師，了解用于降低 EMI 的其他 PCB 設(shè)計(jì)指南是您可能必須經(jīng)常使用的工具。

EMC 和 EMI：有什么區(qū)別？

大多數(shù) PCBA 并不是產(chǎn)品中唯一的電子或電氣設(shè)備。因此，在我們深入研究單板EMI 問題之前，對(duì)EMI 問題有一個(gè)宏觀或系統(tǒng)級(jí)的了解是有幫助的。正如電磁能從單個(gè)組件、導(dǎo)體或跡線發(fā)出一樣，它也會(huì)從電路板本身輻射到環(huán)境中；如果您以前沒有，請(qǐng)將高斯計(jì)放在 PCB 附近，您將獲得讀數(shù)。當(dāng)多個(gè)板靠近時(shí)，實(shí)現(xiàn)電磁兼容性或 EMC就變得很重要。

EMC 可以被認(rèn)為是在電磁元件之間實(shí)現(xiàn)可接受的和諧或平衡，以便干擾量最小或至少足夠低，不會(huì)顯著妨礙正常操作。不幸的是，消除所有 EMI 尚不可能；但是，獲得 EMC是。EMI 實(shí)際上是來自電磁源的任何干擾，通常是指單個(gè) PCBA 上的干擾。這種分類足以調(diào)查問題，因?yàn)樽钚』娐钒迳虾蛠碜噪娐钒宓?EMI 有助于電路板工作環(huán)境的 EMC。

PCB EMI來自哪里？

電磁跨越無限的頻率范圍，幾乎無處不在。而且，如下圖所示，它是由我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑S多工具、設(shè)備和產(chǎn)品產(chǎn)生的。

電磁頻譜

只要有電流，就會(huì)存在 EMI 的可能性。對(duì)于 PCBA，EMI 的來源可分為以下幾類之一：

成分

電子元件和元件——尤其是處理器、FPGA、放大器、發(fā)射器、天線等高功率設(shè)備——可能對(duì) EMI 產(chǎn)生重大影響。此外，開關(guān)組件會(huì)產(chǎn)生具有破壞性的干擾。

信號(hào)和軌跡

EMI 也可以沿著走線或在引腳和連接器點(diǎn)產(chǎn)生。例如，不平衡的差分對(duì)路由可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減和沿傳輸路徑的反射，這可能會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)完整性或準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào)的能力，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的電路行為。此外，由于雜散電容，可能會(huì)在信號(hào)路徑和接地層之間形成不需要的耦合。

外部來源

如果電路板太靠近輻射源（可能是另一個(gè)電路板或元件），EMI 可能會(huì)引入到您的 PCBA 上。其他設(shè)備或設(shè)備在電路板環(huán)境中的振動(dòng)或移動(dòng)也可能產(chǎn)生諧波。

顯然，消除所有潛在的 EMI 來源是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。幸運(yùn)的是，可以制定降低 EMI 的 PCB設(shè)計(jì)指南，以幫助最大限度地降低噪聲和實(shí)現(xiàn) EMC。

降低 EMI 的最佳 PCB設(shè)計(jì)指南

了解可能影響您的電路板的 EMI 來源對(duì)于制定策略以減輕這種對(duì) PCBA 性能始終存在的威脅至關(guān)重要。此外，從源的角度來看 EMI，其中最小化方法針對(duì)特定的源，可以成為設(shè)計(jì)一套降低 EMI 的 PCB設(shè)計(jì)指南的良好有利位置。

降低組件的 EMI

如前所述，組件可能是 EM 輻射的主要來源，不僅會(huì)影響板載操作，還會(huì)破壞外部 PCBA 和電子電路。因此，定義減輕其負(fù)面影響的行動(dòng)（如下所列）對(duì)于良好的 EMI 降低指南至關(guān)重要。

如何降低組件的 EMI

盡可能選擇低功耗部件

電路板上最大的 EMI 發(fā)生器之一是需要大量功率的部件。隨著降低功耗的推動(dòng)，通常可以找到不會(huì)犧牲功能或質(zhì)量的替代方案。

隔離不同類型的組件

一個(gè)好的設(shè)計(jì)實(shí)踐是始終將處理相同類型信號(hào)的組件放在一起。例如，數(shù)字組件應(yīng)該靠近其他數(shù)字部件并與模擬設(shè)備隔離。

利用 PCB圍欄

另一種減輕 EMI 的工具是將元件或子電路封閉在圍欄內(nèi)；如PCB保護(hù)環(huán)和法拉第籠。這些也可以有效減少輻射到電路板周圍的環(huán)境中。

采用散熱技術(shù)

對(duì)于電子元件，能量會(huì)產(chǎn)生熱量。因此，高效的散熱器和通孔可以極大地幫助降低 EMI。

除了減輕組件的 EMI 之外，走線的運(yùn)行方式也會(huì)極大地影響電路板的 EMI。

用于最小化 EMI 的 PCB布局設(shè)計(jì)

布置電路板時(shí)最重要的考慮因素之一是間距。這包括確保導(dǎo)電元件之間的間隙和爬電距離足夠。

保持足夠的間隙對(duì)于最大限度地減少 EMI 至關(guān)重要

對(duì)于多層板，導(dǎo)電層和接地層之間的順序和距離也很重要，如下表所示。

如何減少來自信號(hào)和平面的 EMI

在信號(hào)走線之間留出足夠的間隙

降低走線之間 EMI 的最重要因素是間距或間隙。遵循您的 CM 的建議，這些建議應(yīng)該基于 IPC 標(biāo)準(zhǔn)。

確保去耦和旁路電容接地

雜散電容難以避免；然而，它的影響可以通過將電容器盡可能靠近引腳接地來減輕。

使用良好的 EMI 過濾

大多數(shù)設(shè)計(jì)，尤其是在使用數(shù)字信號(hào)的地方，都包含會(huì)產(chǎn)生信號(hào)失真的開關(guān)設(shè)備。在這些情況下，提高信號(hào)保真度的最佳方法是濾波。

最小化返回路徑的長度

接地回路應(yīng)盡可能短。

確保差分走線相同

對(duì)于差分信號(hào)路徑，走線對(duì)必須相互鏡像。這包括走線長度、銅重量和恒定間隔。如有必要，應(yīng)使用曲折來保持長度和間隔。

避免銳角

布線時(shí)，請(qǐng)使用圓角邊緣而不是尖角，這可能會(huì)由于特性阻抗修改而導(dǎo)致反射。

不要將導(dǎo)電層彼此相鄰放置

您永遠(yuǎn)不應(yīng)該在 PCB疊層中將兩個(gè)導(dǎo)電層并排放置。最好通過地平面將它們分開。

小心分離地平面

最好為不同的信號(hào)類型使用單獨(dú)的接地。但是，如果您確實(shí)使用分割地平面，請(qǐng)確保使用單個(gè)點(diǎn)來組合地面。

您的 PCB布局（包括其疊層）對(duì)于促進(jìn)良好的信號(hào)完整性和降低 EMI非常重要。然而，如果不解決外部 EMI，任何一套降低 EMI 的 PCB設(shè)計(jì)指南都是不完整的。

避免外部 EMI

最大限度地減少外部 EMI 對(duì)電路板上的信號(hào)完整性和電路操作以及 PCBA 安裝環(huán)境的 EMC 非常重要。可以采取的行動(dòng)包括以下內(nèi)容。

如何減少來自外部來源的 EMI

使用屏蔽

通常，屏蔽應(yīng)用于特定組件或子電路。它們與圍欄的不同之處在于它們通常由絕緣材料制成，并放置在零件的頂部或完全包圍它們。

使用外殼

外殼通常被視為安全裝置。然而，外殼也可以有效地保護(hù)電路板免受來自外部來源的碎片和 EMI 的影響。

上面針對(duì)組件、布局和外部源討論的所有 PCB設(shè)計(jì)指南都可以有效地將電路板上的 EMI 降至最低，并有助于電路板操作環(huán)境的 EMC。但是，這些是否必要取決于您的設(shè)計(jì)、其功能和性能目標(biāo)。因此，您應(yīng)該努力優(yōu)化您的設(shè)計(jì)以減少 EMI，最好使用分析工具（例如 Cadence 的 PSpice）來完成。