EMC/EMI之设计技巧与实战设计

中心议题：

• 理解EMC设计技巧
• 解决EMC设计实战难题

本次大讲台的前几部分我们从EMC元器件的选择与应用技巧、EMC四大设计技巧、EMC的PCB设计技术及EMC/EMI之综合设计解决方案四方面对电磁兼容器件选型与设计技巧的知识进行了比较系统全面的讲解。本讲将以问答的形式，从PCB设计技巧及抗干扰措施、屏蔽设计要点、手持产品干扰源定位及解决方案等角度探讨电磁兼容设计的设计技巧及实战设计中的难题，以帮助工程师进一步理解电磁兼容器件选型方法与设计技巧，更好地进行产品的电磁兼容设计。

理解EMC设计技巧

Q1：PCB设计中滤波时选用电感值和电容值的方法是什么？
A1：电感值的选用除了考虑所想滤掉的噪声频率外，还要考虑瞬时电流的反应能力。如果LC的输出端会有机会需要瞬间输出大电流，则电感值太大会阻碍此大电流流经此电感的速度，增加纹波噪声(ripple noise)。 电容值则和所能容忍的纹波噪声规范值的大小有关。纹波噪声值要求越小，电容值会较大。而电容的ESR/ESL也会有影响。 另外，如果这LC是放在开关式电源(switching regulation power)的输出端时，还要注意此LC所产生的极点零点(pole/zero)对负反馈控制(negative feedback control)回路稳定度的影响。

Q2：PCB设计中模拟电源处的滤波经常是用LC电路。但是为什么有时LC比RC滤波效果差？
A2：LC与RC滤波效果的比较必须考虑所要滤掉的频带与电感值的选择是否恰当。 因为电感的感抗(reactance)大小与电感值和频率有关。如果电源的噪声频率较低，而电感值又不够大，这时滤波效果可能不如RC。但是，使用RC滤波要付出的代价是电阻本身会耗能，效率较差，且要注意所选电阻能承受的功率。

Q3：在设计PCB板时，有如下两个叠层方案： 叠层1 》信号 》地 》信号 》电源＋1.5V 》信号 》电源＋2.5V 》信号 》电源＋1.25V 》电源＋1.2V 》信号 》电源＋3.3V 》信号 》电源＋1.8V 》信号 》地 》信号 叠层2 》信号 》地 》信号 》电源＋1.5V 》信号 》地 》信号 》电源＋1.25V +1.8V 》电源＋2.5V +1.2V 》信号 》地 》信号 》电源＋3.3V 》信号 》地 》信号 哪一种叠层顺序比较优选？对于叠层2，中间的两个分割电源层是否会对相邻的信号层产生影响？这两个信号层已经有地平面给信号作为回流路径。
A3：应该说两种层叠各有好处。第一种保证了平面层的完整，第二种增加了地层数目，有效降低了电源平面的阻抗，对抑制系统EMI有好处。 理论上讲，电源平面和地平面对于交流信号是等效的。但实际上，地平面具有比电源平面更好的交流阻抗，信号优选地平面作为回流平面。但是由于层叠厚度因素的影响，例如信号和电源层间介质厚度小于与地之间的介质厚度，第二种层叠中跨分割的信号同样在电源分隔处存在信号回流不完整的问题。

Q4：若干PCB组成系统，各板之间的地线应如何连接？
A4：各个PCB板子相互连接之间的信号或电源在动作时，例如A板子有电源或信号送到B板子，一定会有等量的电流从地层流回到A板子 (此为Kirchoff current law)。这地层上的电流会找阻抗最小的地方流回去。所以，在各个不管是电源或信号相互连接的接口处，分配给地层的管脚数不能太少，以降低阻抗，这样可以降低地层上的噪声。另外，也可以分析整个电流环路，尤其是电流较大的部分，调整地层或地线的接法，来控制电流的走法(例如，在某处制造低阻抗，让大部分的电流从这个地方走)，降低对其它较敏感信号的影响。

Q5：PCB设计中如何解决高速布线与EMI的冲突？
A5：因EMI所加的电阻电容或ferrite bead， 不能造成信号的一些电气特性不符合规范。 所以， 最好先用安排走线和PCB叠层的技巧来解决或减少EMI的问题， 如高速信号走内层。 最后才用电阻电容或ferrite bead的方式， 以降低对信号的伤害。

Q6：PCB设计中，如何避免串扰？
A6：变化的信号（例如阶跃信号）沿传输线由A到B传播，传输线C-D上会产生耦合信号，变化的信号一旦结束也就是信号恢复到稳定的直流电平时，耦合信号也就不存在了，因此串扰仅发生在信号跳变的过程当中，并且信号沿的变化（转换率）越快，产生的串扰也就越大。空间中耦合的电磁场可以提取为无数耦合电容和耦合电感的集合，其中由耦合电容产生的串扰信号在受害网络上可以分成前向串扰和反向串扰Sc，这个两个信号极性相同；由耦合电感产生的串扰信号也分成前向串扰和反向串扰SL，这两个信号极性相反。耦合电感电容产生的前向串扰和反向串扰同时存在，并且大小几乎相等，这样，在受害网络上的前向串扰信号由于极性相反，相互抵消，反向串扰极性相同，叠加