PCB板設(shè)計(jì)中的EMI解決方案

一、 摘 要

電子系統(tǒng)的復(fù)雜度越來(lái)越高，EMC的問(wèn)題相應(yīng)的也就多了起來(lái)，為了使自己的產(chǎn)品能達(dá)到相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，工程師不得不往返于辦公室和EMC實(shí)驗(yàn)室，反復(fù)的測(cè)試，修改，再測(cè)試。這樣既浪費(fèi)的人力，物力，也拖延了產(chǎn)品的上市時(shí)間，給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失。如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的階段就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)EMI問(wèn)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(duì)整個(gè)板子的EMI有著非常重要的影響。下面我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例分析介紹一下EMIStream如何幫助大家來(lái)解決板級(jí)的EMI問(wèn)題。

二、 正 文

理論：電磁干擾(Electromagnetic Interference)，簡(jiǎn)稱(chēng) ，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)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(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)空間耦合把干擾信號(hào)傳給另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)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(gè)負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生差模EMI。電流流經(jīng)多個(gè)導(dǎo)電平面，如PCB上的導(dǎo)線組或電纜，就會(huì)產(chǎn)生共模輻射。

差摸輻射的計(jì)算

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

共差摸輻射的計(jì)算

其中I表示電流強(qiáng)度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線長(zhǎng)度，d表示測(cè)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(shí)例：筆者使用EMIStream工具對(duì)板極的EMI問(wèn)題進(jìn)行分析。該工具的兩大主要功能是PCB板的全部網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件，可以用于Allegro，Mentor， Zuken和Altium等各種PCB設(shè)計(jì)流程，在PCB制造之前解決EMI問(wèn)題。EMIStream軟件內(nèi)建13條經(jīng)典EMI檢查規(guī)則，均經(jīng)過(guò)日本NEC內(nèi)部產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證，每個(gè)檢查規(guī)則的設(shè)置值是經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的最佳理論值。

1：EMIStream分析流程

下圖是使用EMIStream對(duì)電路板進(jìn)行分析的設(shè)計(jì)流程

EMIStream嵌入在PCB設(shè)計(jì)的全過(guò)程，在設(shè)計(jì)階段將EMI問(wèn)題解決，減少反復(fù)設(shè)計(jì)的次數(shù)。

2：布局的EMI檢查：

A:當(dāng)我們完成布局后，把ALLEGRO數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor，Zuken，Altium等其他市場(chǎng)主流的PCB設(shè)計(jì)工具都有接口，保證數(shù)據(jù)的完全導(dǎo)入。

B：設(shè)定層疊信息，根據(jù)PCB板中的層疊信息，填寫(xiě)入EMI.

C: 根據(jù)電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，正確填寫(xiě)電路中相關(guān)NET的頻率，串?dāng)_組，差分對(duì)，電源地信號(hào)的指定。

D：設(shè)置規(guī)則的參數(shù)，我們選擇采用默認(rèn)參數(shù)，同時(shí)選擇長(zhǎng)度檢查和最大輻射值檢查項(xiàng)目對(duì)該板實(shí)施檢查。

結(jié)果以對(duì)話框的形式顯示出來(lái)，用戶(hù)點(diǎn)擊錯(cuò)誤提示，查看有問(wèn)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(zhǎng)度/

b:調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少共模輻射的強(qiáng)度/

3：布局布線中和完成以后的EMI檢查：

A：當(dāng)我們布局布線完成后，實(shí)施整板網(wǎng)絡(luò)檢查，我們通過(guò)NET Parameter中選擇需要檢測(cè)的所有關(guān)鍵信號(hào)，比如時(shí)鐘，數(shù)據(jù)，地址線，差分對(duì)等，同時(shí)可以任意勾選13條規(guī)則作為EMI檢查的基準(zhǔn)。

B：13規(guī)則包括如下

1：傳導(dǎo)輻射分析 2個(gè)規(guī)則

2：電流回路分析 3個(gè)規(guī)則

3：電源，地層 2個(gè)規(guī)則

4：信號(hào)完整性 4個(gè)規(guī)則

5：零件布局 2個(gè)規(guī)則