PCB设计之五个EMI设计指南

    下文是硬件工程师在PCB设计早期容易忽略，却很有用的几个EMI设计指南，这些指南也在一些权威书刊中常常被提到。

设计指南1 :最小化电源和高频信号的电流环路面积

在设计阶段，首先我们需要知道两个要点：

1.信号电流总是回到源端（即电流路径总是以环路的形式存在） 。

2.信号回流走阻抗最小的路径。在兆赫兹频率和更高频率处，信号电流路径相对容易识别。这是因为在高频情况，信号回流路径通常是最小感抗的路径，这里通常是环路面积最小的路径，回流信号会尽可能靠近输出信号的路径返回。在低频（通常为kHz频率及以下），阻抗最小的路径往往是电阻最小的路径，由于路径的电阻值不好确定，因此要识别低频回流路径会更加困难。 

设计指南2：保持信号返回平面的完整

完整的信号返回平面能有效减少高频信号环路的感抗，感抗越小，产生的噪声电压值也就越小，这就是为何要求在PCB中间层设置完整地平面的其中一个重要原因。当然，在某些情况下，由于走线的原因不得不分隔信号返回平面。然而，这种情况在多层PCB上出现的概率较少。另外对于单层板的情况，可以在高速信号走线周围做包地处理，来保持信号返回路径的完整性。

设计指南3：高速电路不要放置在连接器附近

我们常常会犯下面的错误，在审查或评估电路板设计过程中，由于缺乏考虑，会把高速电路放置在连接器附近，这样导致工程师做了很多额外的滤波和屏蔽，从而增加成本和提高机器整改难度。

为什么连接器的位置如此重要？在低于三百兆赫兹的频率下，波长大约为一米或更长。印刷电路板本身和板内走线往往是电气小尺寸，因此辐射效率比较低。然而，与连接器相连的电缆一般较长，因此天线效应会很明显，板内噪声更容易通过电缆往外辐射。 

另外位于连接器之间的高速电路很容易在连接器之间产生几毫伏或更大的电位差。这些电压可以将电流驱动到连接的电缆上，导致产品超过辐射发射要求。

设计指南4：控制信号边沿转换时间（上升沿和下降沿时间）

很多时候时钟噪声超标点不是基频，而是由基频衍生出来的高次谐波。通过增加时钟边沿的转换时间，可以很好地控制高次谐波的能量。虽然过长的边沿转换时间会导致信号完整性和发热问题，但很多时候功能和EMC效果上是需要做折衷考虑的。

控制数字信号的上升和下降时间有以下三种常用方法：

1. 改变芯片信号输出驱动能力

2. 信号线串接电阻或铁氧体

3. 信号线并联电容

设计指南5：时钟展频

由于电子产品功能越来越多，芯片时钟频率也在不断提高。对于高速时钟来说，控制时钟边沿转换率来抑制EMI所要承受的风险越来越大，此时展频技术成为抑制电磁干扰的一个不错的选择。

在不改变时钟上升沿和下降沿，保持时钟信号波形完整性的同时，按一定的规律来控制时钟抖动，将时钟能量分散到一个更宽的频段上，实现时钟噪声在频域上的抑制。

展频技术不仅调制时钟源，其它的同步于时钟源的数据、地址和控制信号，在时钟展频的同时也一并得以调制，整体的EMI峰值都会因此减小，所以说，时钟展频是系统级的解决方案。这是展频技术相比其它抑制EMI措施的最大优势之一。

总的来说，工程师在PCB设计过程中要时时给自己脑海里面敲警钟，在考虑如何实现电路功能的同时，着重关注容易产生噪声的信号，当碰到如时钟或PWM这类会产生高次谐波的信号时，参考上诉几条EMI指南设计PCB，这样产品通过EMC认证将变得更容易。

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