数字电路PCB设计中的EMI控制技术.doc

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1、数字电路PCB设计中的EMI控制技术　　为抑制EMI，数字电路的EMI设计应按下列原则进行：　　根据相关EMC/EMI技术规范，将指标分解到单板电路，分级控制。　　从EMI的三要素即干扰源、能量耦合途径和敏感系统这三个方面来控制，使电路有平坦的频响，保证电路正常、稳定工作。　　从设备前端设计入手，关注EMC/EMI设计，降低设计成本。　　2数字电路PCB的EMI控制技术　　在处理各种形式的EMI时，必须具体问题具体分析。在数字电路的PCB设计中，可以从下列几个方面进行EMI控制。　　2.1器件选型　　在进行EMI设计时，首先要考虑选用器件的速率。

2、任何电路，如果把上升时间为5ns的器件换成上升时间为2.5ns的器件，EMI会提高约4倍。EMI的辐射强度与频率的平方成正比，最高EMI频率(fknee)也称为EMI发射带宽，它是信号上升时间而不是信号频率的函数：　　　　fknee=0.35/Tr(其中Tr为器件的信号上升时间)　　　这种辐射型EMI的频率范围为30MHz到几个GHz，在这个频段上，波长很短，电路板上即使非常短的布线也可能成为发射天线。当EMI较高时，电路容易丧失正常的功能。因此，在器件选型上，在保证电路性能要求的前提下，应尽量使用低速芯片，采用合适的驱动/接收电路。另外，由于器

3、件的引线管脚都具有寄生电感和寄生电容，因此在高速设计中，器件封装形式对信号的影响也是不可忽视的，因为它也是产生EMI辐射的重要因素。一般地，贴片器件的寄生参数小于插装器件，BGA封装的寄生参数小于QFP封装。　　　　2.2连接器的选择与信号端子定义　　　　连接器是高速信号传输的关键环节，也是易产生EMI的薄弱环节。在连接器的端子设计上可多安排地针，减小信号与地的间距，减小连接器中产生辐射的有效信号环路面积，提供低阻抗回流通路。必要时，要考虑将一些关键信号用地针隔离。　　　　2.3叠层设计　　　　在成本许可的前提下，增加地线层数量，将信号层紧邻地平

4、面层可以减少EMI辐射。对于高速PCB，电源层和地线层紧邻耦合，可降低电源阻抗，从而降低EMI。　　　2.4布局　　　根据信号电流流向，进行合理的布局，可减小信号间的干扰。合理布局是控制EMI的关键。布局的基本原则是：　　模拟信号易受数字信号的干扰，模拟电路应与数字电路隔开;　　时钟线是主要的干扰和辐射源，要远离敏感电路，并使时钟走线最短;　　大电流、大功耗电路尽量避免布置在板中心区域，同时应考虑散热和辐射的影响;　　连接器尽量安排在板的一边，并远离高频电路;　　输入/输出电路靠近相应连接器，去耦电容靠近相应电源管脚;　　充分考虑布局对电源分割的

5、可行性，多电源器件要跨在电源分割区域边界布放，以有效降低平面分割对EMI的影响;　　回流平面(路径)不分割。　　2.5布线　　阻抗控制：高速信号线会呈现传输线的特性，需要进行阻抗控制，以避免信号的反射、过冲和振铃，降低EMI辐射。　　将信号进行分类，按照不同信号(模拟信号、时钟信号、I/O信号、总线、电源等)的EMI辐射强度及敏感程度，使干扰源与敏感系统尽可能分离，减小耦合。　　严格控制时钟信号(特别是高速时钟信号)的走线长度、过孔数、跨分割区、端接、布线层、回流路径等。　　信号环路，即信号流出至信号流入形成的回路，是PCB设计中EMI控制的关键

6、，在布线时必须加以控制。要了解每一关键信号的流向，对于关键信号要靠近回流路径布线，确保其环路面积最小。　　　　　　　　对低频信号，要使电流流经电阻最小的路径;对高频信号，要使高频电流流经电感最小的路径，而非电阻最小的路径(见图1)。对于差模辐射，EMI辐射强度(E)正比于电流、电流环路的面积以及频率的平方。(其中I是电流、A是环路面积、f是频率、r是到环路中心的距离，k为常数。)　　　　因此当最小电感回流路径恰好在信号导线下面时，可以减小电流环路面积，从而减少EMI辐射能量。　　关键信号不得跨越分割区域。　　高速差分信号走线尽可能采用紧耦合方式。

7、　　确保带状线、微带线及其参考平面符合要求。　　去耦电容的引出线应短而宽。　　所有信号走线应尽量远离板边缘。　　对于多点连接网络，选择合适的拓扑结构，以减小信号反射，降低EMI辐射。　　　2.6电源平面的分割处理　　电源层的分割　　　在一个主电源平面上有一个或多个子电源时，要保证各电源区域的连贯性及足够的铜箔宽度。分割线不必太宽，一般为20～50mil线宽即可，以减少缝隙辐射。　　地线层的分割　　地平面层应保持完整性，避免分割。若必须分割，要区分数字地、模拟地和噪声地，并在出口处通过一个公共接地点与外部地相连。　　　为了减小电源的边缘辐射，电源/

8、地平面应遵循20H设计原则，即地平面尺寸比电源平面尺寸大20H(见图2)，这样边缘场辐射强度可下降70%。　　　　　　　　3EMI的其它