PCB板設計中的EMI解決方案

一、 摘 要

電子系統(tǒng)的復雜度越來越高，EMC的問題相應的也就多了起來，為了使自己的產(chǎn)品能達到相關(guān)國際標準，工程師不得不往返于辦公室和EMC實驗室，反復的測試，修改，再測試。這樣既浪費的人力，物力，也拖延了產(chǎn)品的上市時間，給企業(yè)帶來不可估量的損失。如何在產(chǎn)品設計的階段就能及時發(fā)現(xiàn)EMI問題變得重要。我們知道PCB的布局，布線以及電源層處理的好壞對整個板子的EMI有著非常重要的影響。下面我們通過一個實例分析介紹一下EMIStream如何幫助大家來解決板級的EMI問題。

二、 正 文

理論：電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡稱 ，有傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過導電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾；輻射干擾是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡或電子設備，

在PCB電路板中，電磁能通常存在兩種形式，差模EMI和共模EMI，電路中器件輸出的電流流入一個負載時，就會產(chǎn)生差模EMI。電流流經(jīng)多個導電平面，如PCB上的導線組或電纜，就會產(chǎn)生共模輻射。

差摸輻射的計算

其中Ip表示電流強度，f表示共模電流的頻率，Ls表示環(huán)路面積，d表示測量天線到電纜的距離

共差摸輻射的計算

其中I表示電流強度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線長度，d表示測量天線到電纜的距離

解決EMI的主要途徑是減少電路板上由各種原因產(chǎn)生的輻射能量?？刂艵MI的關(guān)鍵，是降低電源地平面諧振和電路回流路徑阻抗，正確放置旁路和去藕電容。

實例：筆者使用EMIStream工具對板極的EMI問題進行分析。該工具的兩大主要功能是PCB板的全部網(wǎng)絡的EMI分析，以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設計經(jīng)驗開發(fā)的應用軟件，可以用于Allegro，Mentor， Zuken和Altium等各種PCB設計流程，在PCB制造之前解決EMI問題。EMIStream軟件內(nèi)建13條經(jīng)典EMI檢查規(guī)則，均經(jīng)過日本NEC內(nèi)部產(chǎn)品實際設計結(jié)果驗證，每個檢查規(guī)則的設置值是經(jīng)過實際驗證的最佳理論值。

1：EMIStream分析流程

下圖是使用EMIStream對電路板進行分析的設計流程

EMIStream嵌入在PCB設計的全過程，在設計階段將EMI問題解決，減少反復設計的次數(shù)。

2：布局的EMI檢查：

A:當我們完成布局后，把ALLEGRO數(shù)據(jù)直接導入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor，Zuken，Altium等其他市場主流的PCB設計工具都有接口，保證數(shù)據(jù)的完全導入。

B：設定層疊信息，根據(jù)PCB板中的層疊信息，填寫入EMI.

C: 根據(jù)電路的設計數(shù)據(jù)，正確填寫電路中相關(guān)NET的頻率，串擾組，差分對，電源地信號的指定。

D：設置規(guī)則的參數(shù)，我們選擇采用默認參數(shù)，同時選擇長度檢查和最大輻射值檢查項目對該板實施檢查。

結(jié)果以對話框的形式顯示出來，用戶點擊錯誤提示，查看有問題的NET，采用如下方法：

a:調(diào)整零件的布局位置，減少NET總的長度/

b:調(diào)整網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，減少共模輻射的強度/

3：布局布線中和完成以后的EMI檢查：

A：當我們布局布線完成后，實施整板網(wǎng)絡檢查，我們通過NET Parameter中選擇需要檢測的所有關(guān)鍵信號，比如時鐘，數(shù)據(jù)，地址線，差分對等，同時可以任意勾選13條規(guī)則作為EMI檢查的基準。

B：13規(guī)則包括如下

1：傳導輻射分析 2個規(guī)則

2：電流回路分析 3個規(guī)則

3：電源，地層 2個規(guī)則

4：信號完整性 4個規(guī)則

5：零件布局 2個規(guī)則