如何快速解决PCB设计EMI问题

随着电子系统的复杂度越来越高，EMC问题也越来越多。为了使自己的产品能达到相关国际标准，设计人员不得不往返于办公室和EMC实验室，反复地测试、修改设计、再测试。这样既浪费了人力，物力，也拖延了产品的上市时间，给企业带来不可估量的损失。于是，如何在产品设计的阶段就及时发现EMI问题变得重要。PCB布局、布线以及电源层的处理对整个电路板的EMI问题有着非常重要的影响。本文将通过实例分析讨论如何利用EMIStream来解决板级EMI问题。随着电子系统的复杂度越来越高，EMI问题也越来越多。为了使自己的产品能达到相关国际标准，设计人员不得不往返于办公室和EMC实验室，反复地测试、修改设计、再测试。这样既浪费了人力，物力，也拖延了产品的上市时间，给企业带来不可估量的损失。于是，如何在产品设计的阶段就及时发现EMI问题变得重要。PCB布局、布线以及电源层的处理对整个电路板的EMI问题有着非常重要的影响。本文将通过实例分析讨论如何利用EMIStream来解决板级EMI问题。
电磁干扰(EMI)分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号，通过导电介质或公共电源线互相干扰。辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号，通过空间耦合传给另一个电路网络或电子设备，
在PCB电路板中，电磁能的存在有两种形式，即差模EMI和共模EMI。当器件输出的电流流入一个负载时，就会产生差模EMI。当电流流经多个导电平面，如PCB上的导线组或电缆，就会产生共模EMI。图1给出了差模EMI和共模EMI的示意图。

差模EMI的计算采用如下公式：

其中，Ip表示电流强度，f表示共模电流的频率，Ls表示环路面积，d表示测量天线到电缆的距离。
共差摸辐射的计算采用如下公式：

其中，I表示电流强度，f表示共模电流的频率，L表示电缆线长度，d表示测量天线到电缆的距离。
解决EMI的主要方法是减少电路板上由各种原因产生的辐射能量，而控制EMI的关键，是降低电源地平面谐振和电路回流的路径阻抗，并正确放置旁路和去耦电容。
本文使用EMIStream工具对板极EMI问题进行分析。EMIStream工具的两大主要功能是支持PCB板全部网络的EMI分析以及电源谐振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI设计经验开发的应用软件，可以用于Cadence、MentorGraphics、Zuken和Altium等公司的设计工具中的各种PCB设计流程，在PCB制造之前解决EMI问题。EMIStream软件内建13条经典EMI检查规则，均经过日本NEC内部产品实际设计结果验证，每个检查规则的设置值是经过实际验证的最佳理论值。
1．EMIStream分析流程
图2是使用EMIStream对电路板进行分析的设计流程。EMIStream嵌入在PCB设计的全过程，在设计阶段解决EMI问题有利于减少反复设计的次数。

图2：使用EMIStream对电路板进行分析的设计流程。

2．布局的EMI检查
A)当完成布局后，把Allegro数据直接导入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB设计工具也都有接口，保证数据的完全导入。
B)设定层叠信息，根据PCB板的层叠信息，填写入EMI。
C)根据电路的设计数据，正确填写电路中相关NET的频率、串扰组、差分对、电源地信号的设置。
D)设置规则的参数，我们选择采用默认参数，同时选择长度检查和最大辐射值检查项目对该板实施检查。
检查结果以对话框的形式显示出来，用户点击错误提示，查看有问题的NET，然后采用下面两个方法来消除EMI问题：(1)调整零件的布局位置，减少NET总的长度；(2)调整网络的拓扑结构，减少共模辐射的强度。
3：布局布线中和完成以后的EMI检查：
A：当布局布线完成后，实施整板网络检查，通过NET Parameter选择需要检测的所有关键信号，比如时钟、数据、地址线、差分对等，同时可以任意选择13条规则作为EMI检查的基准。
B：13规则包括传导辐射分析用的2个规则、电流回路分析用的3个规则、电源和地层分析的2个规则、信号完整性分析的4个规则、元件布局分析的2个规则。
C:检查结果以对话框的方式显示出来，按照网络的EMI问题的严重程度从上到下逐一列出。打开每一条出错网络，将列出全部EMI出错信息(错误列表)，有的出错信息还会显示修改提示，最后列出该网络的最大辐射值以及差模辐射共模辐射值；同时，该网络在PCB版图上将高亮度显示，所有错误用红圈在网络上标出(图3)。

图3：检查结果以对话框的方式显示出来，出错网络在PCB版图上将高亮度显示，所有错误用红圈在网络上标出。例如，第一个错误提示该网络没有完整的电流回路，点击该错误，画面放大显示并用红圈标示错误的位置。同时，还会