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越早越好
切勿低估電磁干擾(EMI)問題,因為它們可能耗費大量時間和金錢來解決。你越早關注可能的EMI問題,產品發布就會越快越經濟。如果等到最后一刻才解決潛在問題,可能會導致電路板重新設計,或者需要昂貴的解決方案來修復EMI問題。

圖1. 提前考慮電磁兼容性(EMC)與否的設計過程成本與時間對比。
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將電感器靠近集成電路(IC)

圖2. 設計布局的重要性。
輸入電容器、開關和二極管形成了一個高電流環路,這是一個H場環形天線。最小的寄生電感和電容會產生高頻振鈴,這是差模噪聲的主要原因。使用低等效串聯電阻(ESR)電容器和緊湊的布局可以最小化該環路中傳導引起的輻射場。
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利用電感器的方向優勢
MOSFET源極端子、二極管陰極和電感器的連接點是一個熱點,該點具有高dv/dt,會形成不良的E場天線。寄生電容允許射頻電流流向地面,從而產生共模噪聲。同樣,這個區域必須最小化。電感器上的點標記表示繞組的起點,即最內層部分,應連接到此節點,以最小化面積、寄生電容,并部分屏蔽它。

圖3. Würth Elektronik電感器示例,點標記表示繞組開始的位置。
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地的分布(也稱為GND)
注意系統的接地方式。系統的每個部分都應該單獨接地。當系統中的任何一點通過多條路徑接地時,我們可能會創建一個地環路,這可能會為干擾提供完美的傳播路徑,從而影響整個設計。當使用長電纜連接不同設備時,這可能會變成輻射發射問題。許多工程師不得不處理電磁兼容性(EMC)問題,原因就在于缺乏合理的接地概念。這種潛在的耦合機制被稱為“阻抗耦合”。我們希望在地線和VCC線中的共享阻抗盡可能少。這就是為什么我們通常采用星形拓撲來分布地線。這不僅有助于減少輻射,還有助于提高抗干擾能力!

圖4. 正確和錯誤的接地示例。
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IC引腳的地參考
在下面的不良示例中,我們看到兩個電路通過IC引腳布線,這可能會導致它們之間產生不必要的耦合。這可以通過使用星形結構的獨立電流路徑和增加多個過孔來創建短環路進行改進。

圖5. 布線電路以減少耦合。
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降低接地阻抗
每毫米的PCB走線都會增加1納亨(nH)的寄生電感。這聽起來可能不多,但在高頻設計中,它會像天線一樣起作用,因此變得非常重要。長接地路徑會導致寄生電感增加(每毫米1納亨)。高頻時鐘IC由于其負載電流而在地上產生干擾電壓。為了獲得短且低電感的連接,每個引腳都應通過過孔直接連接到地平面。

圖6. 在設計中減少接地阻抗。
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GND和VCC層之間的距離
將信號層夾在GND和VCC之間會導致電容耦合。電源上的更高干擾信號水平會耦合到信號位置。紋波電壓、負載跳變等會在信號層上產生干擾電壓。將GND放置在信號層和VCC之間可以起到屏蔽作用,高頻噪聲會被直接分流到地。(注意GND需要低阻抗連接。)你可以將VCC和GND之間的距離減少到100微米或更小,以緊密耦合這些層。

圖7. 在信號層和VCC之間放置GND。
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將干擾分流到大地
電纜對于共模噪聲來說是一個非常好的天線——無論是接收還是發射!
無論是靜電放電(ESD)還是共模噪聲,都會返回到保護接地/機架接地。將你的PCB連接到機架接地是一個很好的主意,這樣可以為這些干擾提供一個明確的回流路徑。然而,你不應該只是隨意放置這個連接;將其放置在遠離其起源的地方會給ESD和共模電流提供影響和損壞你的應用的機會。因此,我們將這些鋼質間隔器盡可能靠近I/O端口放置。我們可以放置一個陶瓷安全Y電容,以便在保持直流隔離的同時,實現低阻抗射頻耦合到機架。
對于共模發射,這將作為一個短路并保持共模環路小。進入的共模電流和ESD都被分流到遠離電子設備的地方。請注意,要確保所有這些連接都是低阻抗的。

圖8. 將PCB連接到機架接地的良好和不良示例。 |