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設計上如何避免EMC問題

EMC和SI、PI息息相關,很多時候我們會告訴大家,我們沒法進行EMC模擬,但我們會從板級來儘量避免一些EMC問題的發生,說白了其實就是儘量保證SI及PI的效能,從源頭上來避免EMC問題。


首 先,關於訊號完整性與EMC的關係前面小陳有寫過不少的文章闡述了一些道理,今天我們再來簡單的總結下,SI關注的過沖、反射及串擾,其實就和EMC有直 接的關係。訊號由於阻抗匹配不好,會發生各種反射,反射比較大就會有較大的過沖,那麼這個過沖的幅值除了對器件的使用壽命有影響外,還會影響到輻射,因為 他是輻射的來源,所以在PCB設計上對一些關鍵訊號就需要儘量控制阻抗,做到阻抗匹配,可能的情況下還需要通過一定的外部端接來達到匹配,在拓撲和端接系 列裡面已經講過各種端接方法了;此外還需要關注訊號跨分割的問題,訊號跨分割除了阻抗問題外,其實還有就是訊號迴流問題,說到訊號迴流,很多人就會想到 EMI的問題,對了,訊號迴流路徑變大也是會產生EMI問題的;再有就是串擾,串擾就是訊號之間的相互耦合,很多人可能會直接把它和EMI等同,避免串擾 就需要儘量加大訊號之間的間距,尤其是微帶線,另外還需要考慮雙帶狀線之間的串擾,儘量避免上下層平行走線過長;還有一些諸如板邊走線,沿分割走線等,其 實這些都是些老生常談的話題,但知易行難,如果在設計中有一定的SI知識並且從SI的角度來進行設計,那麼很多EMC相關的問題其實是可以避免的。


其 次從PI的角度考慮也是避免EMC問題的一個關鍵,把電源設計好,你的產品也可以說就成功了一半。在電源完整性裡面我們會考慮電源平面阻抗,其中就會綜合 評估電源的各種電容匹配是否合理,進而從整個頻段來保證電源網路有一條低阻抗的通道,如果某頻段內阻抗超標,在相應頻段就會出現較高的噪聲,此時EMI問 題就有可能會被激發,所以我們就會採用相應頻段的電容來濾除這些噪聲,前面的文章裡我們的小劉有講到EMC與電容,其實講的就是這個,後續我們還有更多 PI相關的專題,所以關於EMC與PI的話題我們在此就不涉及太多了。


另外就是從疊層、地和濾波的角度來避免EMC問題的發生。疊 層其實就是提供一個最基本的訊號框架,在這個框架內需要滿足訊號及電源完整性的各種質量要求,當然還要能保證可以加工,接下來就有疊層的專題;地的話題我 們在上一篇文章裡面只是很膚淺的重新認識了一下,關鍵就是我們需要分訊號來保證訊號的迴流和參考,另外就是各種地的分割,最終怎麼把分割的地通過什麼方式 來連線,這個在EMC或者PCB設計中是需要注意的,但也是最複雜的。還有就是濾波,常見的有低通、高通、帶通、帶阻等濾波方式,這些需要根據不同的需求 採用不同的濾波,另外還有不用的濾波器件如饋通濾波器,L型濾波器,Pai型濾波器,T型濾波器,共模濾波器等,採用不同的濾波器件在硬體原理設計的時候 有不同的考量。


最後就是遮蔽隔離了,因為很多時候晶片本身的輻射就很大,晶片的輻射是沒法從板級上來消除的,除了採購輻射小的晶片 或者要求晶片廠商來保證外,很多時候就需要用遮蔽罩來隔離了,如大家經常看到手機上面各大模組都是用一個一個的鐵盒子把晶片包起來,這個鐵盒子很多時候不 是為了保密需求的(一部分不排除哈),其實很大一部分原因就是遮蔽及隔離EMI的,這個就是基於EMC的考量。因為我們手機上的晶片很多都是射頻訊號,一 方面它很容易干擾其他訊號,另一方面它又很容易被別人干擾,所以這個時候就用一個個的鐵盒子把他們遮蔽隔離起來,就好像把一些好事份子都單獨關起來,大家 各玩各的互不影響,這樣也就相安無事了。

前面泛泛說了一大堆,無非也就是通過源頭來儘量避免輻射及EMC問題的發生,因為我們都知道要想徹底解決問題,就需要從問題的根源出發,而不是頭痛醫頭,腳痛醫腳,EMC問題也是一樣的,引起EMC的問題是複雜的,這就需要我們知道問題的源頭在哪裡,最後對症下藥。