EMI/EMC設(shè)計(jì)講座：印刷電路板的EMI噪訊對(duì)策技巧

隨著電子組件功能提升，各種電子產(chǎn)品不斷朝向高速化方向發(fā)展，然而高性能化、多功能化、可攜帶化的結(jié)果，各式各樣的EMC(Electro Magnetic Compatibility)問(wèn)題，卻成為設(shè)計(jì)者揮之不去的夢(mèng)魘。

目前EMI(Electro Magnetic Interference)噪訊對(duì)策，大多仰賴設(shè)計(jì)者長(zhǎng)年累積的經(jīng)驗(yàn)，或是利用仿真分析軟件針對(duì)框體結(jié)構(gòu)、電子組件，配合國(guó)內(nèi)外要求條件與規(guī)范進(jìn)行分析，換句話說(shuō)電子產(chǎn)品到了最后評(píng)鑒測(cè)試階段，才發(fā)現(xiàn)、對(duì)策EMI問(wèn)題，事后反復(fù)的檢討、再試作與對(duì)策組件的追加，經(jīng)常變成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)程漫無(wú)節(jié)制延長(zhǎng)，測(cè)試費(fèi)用膨脹的主要原因。

EMI主要發(fā)生源之一亦即印刷電路板(Printed Circuit Board，以下簡(jiǎn)稱為PCB)的設(shè)計(jì)，自古以來(lái)一直受到設(shè)計(jì)者高度重視，尤其是PCB Layout階段，若能夠?qū)MI問(wèn)題列入考慮，通常都可以有效事先抑制噪訊的發(fā)生，有鑒于此本文要探討如何在PCB的Layout階段，充分應(yīng)用改善技巧抑制EMI噪訊的強(qiáng)度。

測(cè)試條件

如圖1所示測(cè)試場(chǎng)地為室內(nèi)3m半電波暗室，預(yù)定測(cè)試頻率范圍為30MHz~1000MHz的電界強(qiáng)度，依此讀取峰值點(diǎn)(Peak Point)當(dāng)作測(cè)試數(shù)據(jù)(圖2)。

圖3是被測(cè)基板A的外觀，該基板為影像處理系統(tǒng)用電路主機(jī)板，動(dòng)作頻率為27MHz與54MHz，電路基板內(nèi)建CPU、Sub CPU、FRASH，以及SDRAM×5、影像數(shù)據(jù)/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理單元、影像輸出入單元，此外被測(cè)基板符合「VCCI規(guī)范等級(jí)B」的要求，測(cè)試上使用相同的電源基板(Board)與變壓器(Adapter)。

首先針對(duì)被測(cè)基板A進(jìn)行下列電路設(shè)計(jì)變更作業(yè):

?CPU的頻率線(Clock Line)追加設(shè)置EMI噪訊對(duì)策用濾波器(Filter)，與頻率產(chǎn)生器(Clock Generator)( 圖4)。

?影像輸出入單元追加設(shè)置Common mode Choke Coil(DLWxxx系列)(圖5)

?各IC電源輸入線的Bypass Condenser與電源之間，追加設(shè)置Ferrite Beads(圖6)。

?追加設(shè)置Bypass Condenser，使各IC的所有電源腳架，全部從基板電源層(Plane)通過(guò)Bypass Condenser提供電源(圖7)。

各種EMI噪訊對(duì)策

a.EMI噪訊對(duì)策用電容

接著進(jìn)行EMI測(cè)試獲得圖8的測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試結(jié)果再進(jìn)行噪訊抑制設(shè)計(jì)作業(yè)，在此同時(shí)將設(shè)計(jì)變更的被測(cè)基板A的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)讀入EMI噪訊抑制支持工具，并針對(duì)支持工具指出的主要部位，例如頻率線、Bus導(dǎo)線Via周圍，分散設(shè)置EMI噪訊對(duì)策用電容(圖9)，主要原因是信號(hào)導(dǎo)線的return路徑如果太長(zhǎng)或是非連續(xù)狀態(tài)時(shí)，EMI噪訊有增大之虞，為了縮短Return路徑，因此設(shè)置連接電源與接地的電容。

圖10～圖13是改變上述電容容量時(shí)的EMI噪訊測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示，依照?qǐng)D14的頻率范圍設(shè)置的大容量EMI噪訊對(duì)策用電容DuF，可以抑制低頻噪訊Level。雖然設(shè)置電容增加PCB的容量負(fù)載，不過(guò)為了要抑制噪訊，設(shè)置在各部位的電容頻率特性，卻可以發(fā)揮預(yù)期的EMI噪訊抑制效果。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)只要在頻率導(dǎo)線、Bus導(dǎo)線等高頻導(dǎo)線

圖案(Pattern)附近、形成CPU、Return路徑的內(nèi)層面(Plane)的分?jǐn)喔浇?、形成噪訊出入口的基板?cè)面附近分散設(shè)置EMI噪訊對(duì)策用電容，就可以消除該部位周邊的噪訊。

對(duì)各式各樣基板外形、組件封裝、導(dǎo)線的PCB而言，只要以一定間隔設(shè)置EMI噪訊對(duì)策用電容，同樣可以獲得分散性的噪訊抑制效果。