PCB布局和参考回流路径的设计对电路EMC性能的影响

PCB 布局和参考回流路径的设计在电路的 EMC 性能中都是至关重要的因素，且对于电源转换电路来说尤其重要。因此设计初期将回流路径可视化是重要的一个环节，通过将回流路径可视化，可以辅助设计和控制整个回路的区域。

可视化回流路径可以直观看到整个信号或者电源的工作区域，从而找到减少回路感抗和高频阻抗的方法。在单层PCB设计时，我们没有完整的地返回平面，有时这就需要引用额外的去耦电容或者 “飞线”，以便减少回路面积。图1为一个飞线的例子。

图1：单层飞线连接GND

在两层板中，相对于单层板具有更多的优势，因为层与层之间走线可以由过孔连接，并优化回路面积。图 2 显示了在顶层和底层通过过孔连接GND,并改善回流路径的示例。

图2 两层板示意图

有时在做PCB设计的时候会建议割地处理（例如模拟和数字地），但根据我们的经验，这样做往往会导致额外的EMC问题。

一、可视化完整的回流路径

在设计过程中，我们建议将所有电源和信号路径的正向和返回电流分三步绘制。步骤 1：在原理图上绘制的完整的电源路径。第2步：在PCB图上同样绘制电源路径。步骤 3：根据上面两步的结果，优化 PCB 布局和最小化环路面积。 

在讨论DC-DC电路设计时，回流路径的设计一直是关注的重点。如图 3 所示， 一款DC-DC降压电路的原理图和PCB布局。图 3a：原理图。图 3b：PCB。

图 3：a）原理图 b）PCB

对图3电路可视化回流路径，参考图4。电流的正向路径为ABCD ，电流返回路径为EFG 。 

图4：PCB的输出滤波部分

在直流或低频（低于100kHz ），电流会沿着阻值最小的路径返回源端。在较高频率下，回流信号会走感抗最小路径。该感抗由电流的正向和返回路径所形成的环路面积决定。当回流路径直接位于电流正向路径下方时，此时整个环路面积最小，感抗也最小。这意味着如果有完整的地平面，高频电流会直接在正向路径下方的地平面回流到源端，如图 4 所示。 

接下来，让我们看看图 5 所示。

图5：DC-DC滤波电路PCB

如图所示，我们假设电流路径从 U1（DC-DC芯片） 的 Vin 开始。在这种情况下，高频电流有多个可能的返回路径。高频电流会根据频率不同选择经过C7,C8或C9返回芯片源端，如图5所示。例如，100MHz 的噪声可能会选择通过较小容值的C9回流，而较低频率的噪声（例如 500kHz）可能会选择通过较大容值的 C7 或 C8回流。

二、经验法则

为了减少了电流环路面积，并有助于减少开关电源的辐射和传导发射，有以下是几个 EMC 经验法则：

1. 在可能的情况下，在信号层底下保持完整的参考平面

2. 将去耦和旁路电容尽可能靠近 IC 引脚放置。

3. 高速信号线尽量短，且挨着地线布线，以确保低阻抗路径（最小环路面积）。

4. 在内部开关和续流二极管之间放置RC吸收电路，且吸收电路走线尽量短。

5. 在开关元件（IC、电感等）下方铺设完整参考平面。

审核编辑：郭婷