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PCB设计中如何抑制电磁干扰?

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先来说一下什么是电磁兼容性,电磁兼容性包括两个方面:一个电磁干扰(EMI),另一个是电磁敏感性(EMS)。电磁干扰又分为传导干扰和辐射干扰,通俗的讲,传导干扰就是通过电介质把一个电网络上的干扰传到另外一个电网络上,实际产品中最常见的是,干扰信号通过敷铜、导线等可导电介质耦合到另一个信号上。辐射干扰则是干扰源通过空间把干扰信号耦合到其他信号上,在PCB设计中一些常见的高频率开关电源、高频信号、时钟信号等都是具有天线特性的干扰源。

接下来说一下电磁干扰的三要素,分别为干扰源、耦合路径和敏感器件。任何一个产生电磁干扰的现象都必然会有这三要素,缺少任何一个因素都不会产生电磁干扰。所有降低电磁干扰的方法都是从这几个方面入手。
干扰源
干扰源在PCB上主要存在于集成电子IC、开关电源等器件中,抑制干扰源可有效的降低电磁干扰,实际操作中可采用屏蔽,接地,滤波等方法降低干扰。
耦合路径
干扰的耦合路径分为传导耦合和辐射耦合,抑制传导耦合最好的办法就是完整的回流路径。辐射耦合是以电磁波形式进行传播,常见的应对手段就是屏蔽,将电磁波抑制在独立的空间内,防止对外辐射,切断空间传播路径。
敏感器件
敏感器件则是被电磁干扰的对象,可以是器件,PCB走线,模块,甚至整个系统,所有被干扰对象的统称。

PCB中抑制电磁干扰不是一句两句就可以说的清楚的,今天先说一下如何有效的利用接地来抑制电磁干扰。
一个良好的PCB设计离不开完美的接地,PCB中“地”有两种概念,一种是“大地”,一种是“信号地”。把系统接地可以有效的提高PCB的稳定性,有一个稳定的参考零点,并有屏蔽的作用。
最常见的接地方法有三种
一、单点接地
单点接地跟字面的意思一样,就是把PCB中地回路接到单一的地参考点上。这个单点最好选用合适磁珠与外界地相连,可有效避免与公共地线上的电磁干扰耦合。举一个实际设计中的案例,在PCB开关电源设计中,将开关电源部分的地单独分离出来,通过磁珠或公模电感与其他公共地连接,可以有效抑制了开关电源通过地对PCB中其他敏感器件的干扰。
二、多点接地
当PCB中频率比较高时,高频信号沿着地线传播,如果采用单点接地的方式,信号对周边的影响会很严重,只有沿着最短的地回流路径才可以有效抑制电磁干扰。通常PCB中会设计单独地层,通过过孔的方式在高频信号周围进行连接,信号会以最短的途径流回去,地线最短,面积更大,抗干扰性越强。
三、混合接地
在PCB设计中难免会在同一PCB中既有高频又有低频,根据Zc = 1/2πf可得出,电路中低频环路容抗会很高,而高频下会很小。如共用同一地,它们之间会产生较严重的电磁干扰。因此在实际的设计中,将高频地与低频地分开设计,单点接地和多点接地共同使用,使PCB整个地系统达到最佳效果,此种接地方式在设计当中是最为常用的方法。
电磁干扰是一门很深的学问,仅仅有理论知识还不够用,需要实践与理论相结合,才可以更快的掌握。

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GMT+8, 2019-10-6 07:18

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