EMC基礎(chǔ)知識
EMC(Electromagnetic Compatibility,電磁兼容),包含EMI(Electromagnetic Interference,電磁干擾)和EMS(Electromagnetic Sensibility,電磁抗擾度)兩大部分。
EMI指的是電氣產(chǎn)品本身通電后,因電磁感應(yīng)效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁波對周邊電子設(shè)備所造成的干擾影響,EMS指的是電氣產(chǎn)品本身對外來電磁波的干擾防御能力,即電磁場的免疫程度。電磁干擾傳播或耦合,通常分為兩大類:即傳導(dǎo)干擾傳播和輻射干擾傳播。通過導(dǎo)體傳播的電磁干擾,叫傳導(dǎo)干擾;通過空間傳播的電磁干擾,叫輻射干擾,本文重點講述EMI的一些實戰(zhàn)設(shè)計技巧。
實戰(zhàn)設(shè)計技巧
1)環(huán)路要小
當(dāng)存在一個磁場時,一個由導(dǎo)電材料形成的環(huán)路充當(dāng)了天線,并且把磁場轉(zhuǎn)換為圍繞環(huán)路流動的電流。電流的強度與閉合環(huán)路的面積成正比。較小面積的環(huán)路中通過的磁通量也少,感應(yīng)出的電流也較小,因此環(huán)路面積必須最小。保持信號路徑和它的地返回線緊靠在一起將有助于最小化地線環(huán)路,避免出現(xiàn)潛在的天線環(huán)。每根信號最好能做到與地的回流路徑最短,回路面積越小,信號的抗干擾能力越強,對外的EMI也達到最小。敏感信號用地包住,這樣包地級提供了信號最短回流路徑,也能消除與其它相鄰信號的干擾。比如時鐘信號,高頻信號等,在PCB設(shè)計時進行包地處理,并打些地孔,可有效降低EMI。
第二種環(huán)路,出現(xiàn)在板級連接的場合。如智能機頂盒產(chǎn)品,在STB主板和EOC主板或者WIFI模塊連接時,會在GND鏈路形成一個板級環(huán)路??梢栽贕ND中間串接一個電感或者鐵氧體磁珠進行隔離。
第三種環(huán)路,通過雙絞線電纜傳輸信號時,每對差分發(fā)射/接收都形成一個環(huán)路,因雙絞線緊密耦合,對于鏈路的電纜部分而言環(huán)路面積很小。需要保持緊密耦合,減小環(huán)路面積。
2)增加旁路電容
因CMOS電路在時鐘轉(zhuǎn)換期間吸收的電流要高出平均流耗10mA的標(biāo)準(zhǔn),而在時鐘轉(zhuǎn)換周之間的流耗非常低甚至為零。所以輻射限制方法是電壓和電流的峰值,不是平均值。在時鐘轉(zhuǎn)換過程中從電源至芯片電源引腳額電流浪涌是一個主要的輻射源,近端位置增加旁路電容,那芯片所需的電流直接由該電容器提供,避免了電流浪涌的產(chǎn)生,減小了噪聲。在芯片電源管腳、I/O口、重要信號接口等位置增加旁路電容,有助于濾除集成電路的開關(guān)噪聲。芯片電源管腳增加旁路電容(0.1uF)處理,電容要靠近管腳擺放:
3)管控好阻抗匹配
高速信號通過一根傳輸線并在該傳輸線上遇到特征阻抗的變化時,一部分信號會被反射回信號源,另一部分信號將沿原來的方向繼續(xù)傳輸,反射的信號將會導(dǎo)致輻射。
信號線和接地平面之間存在信號,輻射可以由信號走線或者接地平面的中斷所引起,所以要注意信號走線下方的接地平面是否完整。信號線下面的地要完整,要有完整的參考面。信號電流經(jīng)過一個低阻抗的路徑返還其驅(qū)動源,能夠有效減小輻射,而且由于地層的屏蔽作用,使得電路對外輻射的靈敏度也會降低。如果兩個電路的參考電平不一致,就會產(chǎn)生功能問題,如噪聲容限和邏輯開關(guān)門限電平紊亂,這個接地噪聲電壓就會導(dǎo)致地環(huán)路干擾的產(chǎn)生。
PCB板疊構(gòu)設(shè)計:在多層 PCB 中,推薦把電源面和接地面盡可能近的放置在相鄰的層中,它等效于一個均勻分布在整個板上的去耦電容。速度最快的關(guān)鍵信號應(yīng)當(dāng)放在臨近接地面的一邊,非關(guān)鍵信號則布放在靠近電源面。
做好阻抗管控,減少信號反射,降低輻射,如差分100ohm阻抗,USB 90ohm阻抗,DDR50ohm阻抗,RF 50ohm 阻抗,EOC 同軸75ohm阻抗等,重要信號做好包地處理。
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