PCB電磁干擾原理

電子產品單板PCB對外產生的干擾既可能是差模干擾，也可能是共模干擾。產生干擾的原因是單板PCB上存在著對應的共模（CM）干擾電流和差摸（DM）干擾電流。單板上產生的干擾以傳導或輻射的方式對外形成發射，從而導致產品EMC問題。

共模干擾電流與差模干擾電流如下面兩個圖所示:

對于共模干擾（Common-mode）電流，是指兩導線上的干擾電流振幅相等，而方向相同。如下圖所示，在通過分布參數，與地參考平面形成了共模環路，就有共模電流在環路流過。

對于差模干擾（Differential-mode）電流，是指兩導線上的干擾電流，振幅相等，方向相反。如下圖所示，差分信號對之間的電流以及信號和其對于的地上回流，就屬于差模電流。

根據電磁場理論，差摸干擾電流，信號和回流電流都是相互反方向的，差摸電流存在180度的相位差，因此差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的回路面積之內，而回路面積之外的磁力線會相互抵消。共模電流方向是相同的，在回路面積之外，共模電流產生的磁場方向相同，磁場強度反而加強。通常產品對外的干擾多以共模為主。

要精確計算PCB對外的輻射很難，業界通常根據PCB上差模電流和共模電流近似的輻射天線模型，來計算對外干擾的場強大小，即PCB中輻射出來的RF能量。

PCB單板上有許多信號環路，如信號與信號地之間環路，電源與其相應地之間的環路，都

是差模電流環路。計算差模輻射強度時，可以近似等效為環天線模型。

環天線模型的輻射強度由下式計算：

E=263*10-16f2AI/r

其中

E:電場強度(V/m);f :電流的頻率(MHz);A:電流的環路面積(cm2);I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環路的距離(m)

PCB單板上也存在共模信號環路，如外接電纜與大地之間的環路，就是共模電流環路。計算共模輻射強度時，可以近似等效為單級天線模型，也有稱為棒天線模型。

單極天線模型的輻射強度由下式計算：E=12.6*10-7fIL/r

其中

E:電場強度(V/m);f :電流的頻率(MHz);L:電纜的長度(m)I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環路的距離(m)

由于在PCB單板上存在差模干擾和共模干擾，在PCB布局與布線時，需要根據上述干擾的原理，盡量減小差模信號環路面積，減小共模電流，來降低單板PCB對外的干擾。

PCB EMC設計原則

根據電磁兼容要求，產品需要通過PCB設計，來降低單板對外的電磁干擾，同時需要抑制外來的電磁干擾。因此在PCB設計時需要注重以下幾個大原則：

1、需要減小單板的走線長度以及走線差模環路面積，因為差模環路面積越大，對外的干擾越大，同時單板的抗干擾能力也越弱；

2、注意單板的地設計，需要降低單板的地阻抗，減小單板的共模電壓幅度，降低對外的輻射干擾，同時降低外來干擾在單板上形成的共模電壓差；

3、注意強干擾模塊與其他數字電路以及模擬電路的距離，因為距離越遠，相互之間干擾耦合越小；

4、注重元器件的布局和走線設計，因為單板PCB走線在高頻電磁干擾情況下，就是天線，容易導致對外的輻射以及耦合外來干擾。

PCB EMC設計流程與步驟

根據單板的特點，在PCB設計時，按照如下順序進行：

1、首先了解PCB上功能實現原理，根據不同的電路功能進行模塊的劃分；

2、了解PCB上各個功能電路之間的連接關系，考慮走線的順暢；

3、確定PCB上各個功能模塊內主要器件的位置擺放；

4、確定PCB上地分割以及地之間的連接關系；

5、進行重要功能器件以及濾波器件的布局；

6、進行單板的布線設計。