有人说过,世界上只有两种电子工程师:经历过电磁干扰的和没有经历过电磁干扰的。伴随着PCB信号频率的提升,电磁兼容设计是我们电子工程师不得不考虑的问题。
面对一个设计,当进行一个产品和设计的EMC分析时,有以下5个重要属性需考虑:
产生辐射的发射器件的物理尺寸。射频(RF)电流将会产生电磁场,该电磁场会通过机壳泄漏而脱离机壳。PCB上的走线长度作为传输路径对射频电流具有直接的影响。
2、阻抗匹配
源和接收器的阻抗,以及两者之间的传输阻抗。
3、干扰信号的时间特性
这个问题是连续(周期信号)事件,还是仅仅存在于特定操作周期(例如单次事件可能是某次按键操作或者上电干扰,周期性的磁盘驱动操作或网络突发传输)。
4、干扰信号的强度
源能量级别有多强,并且它产生有害干扰的潜力有多大。
5、干扰信号的频率特性
使用频谱仪进行波形观察,观察问题出现在频谱的哪个位置,便于找到问题的所在。
另外,一些低频电路的设计习惯需要注意。例如我惯用的单点接地对于低频应用是非常适合的,但是和公司大牛聊天,发现不适合于射频信号场合,因为射频信号场合存在更多的EMI问题。
我们还应该注意电路组件内的电流流向。由电路知识我们知道,电流从电压高的地方流向低的地方,并且电流总是通过一条或更多条路径在一个闭环电路中流动,因此有个很重要的规律:设计一个最小回路。
针对那些测量到干扰电流的方向,通过修改PCB走线,使其不影响负载或敏感电路。那些要求从电源到负载的高阻抗路径的应用,必须考虑返回电流可以流过的所有可能的路径。
在EMC的规范中,不容许导线或走线在某一特定频率的λ/20以下工作(天线的设计长度等于某一特定频率的λ/4或λ/2)。如果不小心设计成那样,那么走线就变成了一根高效能的天线,这让后期的调试变得更加棘手。
PCB布局
最后说说PCB的布局问题:
第二:再确定特殊元件(如时钟元件)的位置(时钟走线最好周围不铺地和不走在关键信号线的上下,避免干扰)。
第三:依据电路功能,对PCB整体进行布局。在元器件布局上,相关的元器件尽量靠近,这样可以获得较好的抗干扰效果。
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