EMI/EMC控制在“摇篮”中 可使电源设计事半功倍

　　电子研发工程师最常采用的EMI/EMC防范措施不外乎是屏蔽、滤波、接地和布线，但是随着电子系统的集成化，在考虑成本、质量、功能，又要兼顾产品推出速度的要求下，工程师们必须在设计初始阶段就展开EMI/EMC预测分析和设计，避免在研发后期发生问题，采取挽救修补措施的被动控制方法，而收到事半功倍的效果。本文就介绍在产品设计之初，控制EMI/EMC所应考虑的问题。

　　1 PCB板设计

　　1.1 PCB板层数与功能分布

　　当设计一个电路板时，首先要考虑的是PCB板的层数及信号、电源、地的分布。层数的决定在于功能规格、噪声抑制、信号种类、走线分布排列、阻抗匹配、有源组件密度、网络数目等。在PCB层面压制射频辐射更胜于在机壳或金属涂装于塑料壳上下功夫。

　　表1显示的是电路板层数与信号、电源、地的通用分配方式。这些分配方式并非一成不变的，可依功能要求及所须绕线层数（Rounting Layers）要求适当修改。须把握的重点是每一个绕线层必定要相邻一个完整平面。

　　PCB一般都是偶数层，两层板常用于低于10 kHz频率要求。如果提供多于3个完整平面，即：一个电源两个地，将最高速clock布线于相邻ground plane且不相邻于power plane，可得最佳之EMI效果。这是PCB上抑制EMI抑制的基本观念。

　　1.2 电源及接地

　　高速PCB板设计最重要的考虑就是把电源电压向各部分电路供电，将噪声降为最低，它就如同开发一个无干扰电源。一个好的接地其阻抗应该为零，因此可以提供一个好的参考电压给所有的电路，同时也不会有EMI的产生。实际上，真实的电源网络中，由于有非零值传递延迟的电流存在，所以于其中应该是具有一些有限的阻抗，如电阻、电感、或是电容，它们是分散于整个电路板之中。

　　在高速PCB板中，另外一个问题是交流信号所产生的交变电磁场，电流流通于一个由导线所围成的闭回路，它们会使得电路的串音，以及辐射更加的严重。分散电源的效能是受到板子上电路的不同电位所决定，设计的目的是尽可能降低电源网络的阻抗。通常采用有两种方法解决，分别为利用电源总线以及电源平面。

　　一般设计者倾向于使用电源总线，是因为它具有合理的成本，故为首选，但是电源总线是与信号线分享整个布局层，以及有许多的电源供应到所有的装置。通常总线为既长又窄，所以它的阻抗比较大，这就是为什么电流受限制于总线所定义的路径。由器件所产生的EMI，都是与电源总线上的器件有关联。

　　至于电源平面因其充满了整个布局层，并且电源平面的阻抗是为电源总线一小部分。在电源平面上，因为电流路径没有受到限制，所以噪声电流是分散的。所沿行的路径阻抗也较低，所以电源平面较电源总线安静。电源平面的另外一个功能，是于系统中对于所有的信号提供均有一条返回路径，可以用来限制许多高速噪声的问题。

　　在低速时，电流流向最低电阻的路径，在高速时，在所既给的返回电流路径的电感是远低于有效的电阻，高速返回电流是走最低电感的路径，但此一路径并非是最低电阻的路径。此一最低电感返回路径是被直接的放在一个信号导通器之下，并于返回电流路径之间有一最小的总回路。电源平面提供给系统中所有的信号一个返回路径，则电流就可以经由VCC或是接地返回。

　　1.3 终端

　　路线越短其传输延迟也越短，若是导线的长度超过电子上升边缘长度的1/6，则信号延迟就大于传输时间的有效部份，所以信号路线必须被视为是一个传输线，一个不适当的终端传输线容易造成反射，进而破坏到信号。太短的终端线，会产生一个负的反射以减慢转换时间，使数据流变慢;而太长的终端线，又会产生正反射其可被解释为一个多任务信号，由于于此频率下，具有高阻抗以及传输率，故可以与相邻的路径线路作有效的耦合。

　　在线路负载端的信号可以被组合形成环型，以降低系统的速度，它也可能会造成错误的时序，甚至于破坏系统的功能。故应该将终端线的终端电阻降低，或是限制于无反射之下，使其电阻值匹配于传输线的特性阻抗时才能有效抑制反射。

　　在平行终端之间并入一个具有负载特性的电阻器可以降低负载阻抗，但是它却有一个缺点，就是于正电压态输出时，有较高的电流，此电流可以通过电源以及接地两端电阻的使用，予以合理的降低，此两电阻即是所谓的Thevenin等效应;虽然此一方法是很好，但是因为电阻是介于电源与接地之间，所以需要较大的电源供应电流。

　　另外一个技巧是并入电阻及电容，电容可使交流短路与直流开路，此一电路可以被参考且视为交流终端。负载终端技术的设计可以限制第一次反射。

另外的一个选