電磁兼容EMC基礎知識和實用的PCB設計技巧
雖然經常用作同義詞，但電磁兼容性（EMC）實際上是輻射和傳導電磁干擾（EMI）的控制; 而糟糕的EMC是PCB重新設計的主要原因之一。實際上，估計有50％的首次運行的電路板發生故障，因為它們要么發出不需要的EM和/或對它敏感。這很可能是因為某些行業（例如醫療和航空航天）的嚴格法規，或者因為正在開發的產品要加入歷史上一直考慮EMC設計的產品線。例如，移動電話開發人員生活和呼吸無線連接，并且精通小化不必要輻射的風險。
EMC問題嚴重的是那些用于白色家電的PCB的設計者 - 例如烤面包機，冰箱和洗衣機 - 它們加入了與物聯網無線連接的眾多互聯網設備，由于涉及的產品產量大，重新設計PCB可能會導致產品發布延遲。更糟糕的是，產品召回可能會對公司的聲譽和財務造成嚴重損害。
所以產品設計之初就綜合考慮周全EMC問題，會給您的產品設計節省很多費用！
噪音來自哪里？
考慮到EMC的設計并不缺乏指導，許多公司都有自己的內部PCB設計和EMC規則，指導也可以來自外部來源，例如立法機構，IC供應商和客戶。但是，以面值接受所有指南可能會導致過度防御的EMC策略，并導致項目延遲。應單獨評估規則以確定它們是否適用于當前設計。
也就是說，自己具備一點EMC設計基本常識對設計會有很大班助，例如，為了抑制PCB上的噪聲源，您應該：
1.保持時鐘頻率盡可能低，上升邊緣盡可能慢(在需求規格范圍內);
2.將時鐘電路放置在電路板中央，除非時鐘必須離開電路板(在這種情況下，時鐘必須靠近相關連接器);
3.安裝時鐘晶體與面板齊平并研磨;
4.保持時鐘循環區域盡可能小;
5.將I/O驅動器定位在信號進入/離開板的點附近;和
6.過濾所有進入板的信號。
雖然上述措施將有助于緩解一些常見的EMI問題，但每個有源PCB仍將輻射EM能量。這是因為每個電流都產生磁場，每次充電都會產生電場。總輻射將是信號環路差模輻射，共模輻射（電壓和電流驅動）和配電系統（PDS）產生的輻射之和。
你應該更詳細地研究這些：
1、差模輻射是由傳輸線環路引起的，信號產生的是差分電流（見圖1）。對策包括使用屏蔽層（Vcc或接地），在內層放置關鍵信號（也稱為條帶線），避免信號的長并行運行，如上所述，小化環路面積并保持信號上升和下降時間與可能。
圖1：差模輻射
2、共模輻射通常是更為關鍵的EMC設計方面，因為EMI在遠場中更“可見”。它由寄生電流（例如，通過磁通耦合的開關電流或感應電流）或寄生電壓（例如到有源IO信號的串擾電壓）產生。對策包括去除那些寄生電流和電壓的來源 - 從而避免快速切換信號之間的串擾 - 以及更智能的元件布局和布線，以避免磁通耦合和包裹效應。
圖2：共模輻射
3、對于PDS，它可以輻射，因為PCB本質上是一個LCR諧振器，包括電感元件（軌道），電容（接地和電壓平面就像電容器的極板）和電阻。PDS EMI的對策包括降低電路板阻抗，避免電感并確保足夠的去耦。
此外，IC也是EMI的來源，并將有助于PCB的EM配置文件。在IC選擇期間必須考慮到這一點，芯片供應商應該能夠為您提供有關電路EMI行為的信息。
規則檢查器和模擬
許多PCB設計工具包括EMC規則檢查器，檢查包括查看可能發生信號串擾的實例的設計數據幾何（由于并行路由的跡線），很少或沒有屏蔽的情況，以及可能需要去耦的情況。
這些規則將包含許多EMC工程師的“技術訣竅”。但是，了解它們的起源以及CAD工具供應商如何實現它們非常重要; 并且您有權要求查看供應商的規則書。這些工具還應該可以突出顯示EMI抑制和EMC完整性至關重要的PCB區域 - 您可以告訴工具您的優先級。
但是，我們不要忘記，這些都是布局后檢查。好以EMI和EMC為設計理念，而不是進行試錯練習。此外，如果有任何可能的EM輻射水平，您將收到很少的指導。
要進行更高級的分析，需要進行模擬，與EMC設計規則檢查器一樣，結果的意義和價值將取決于電路板的數字表示及其行為的呈現程度，當然還有各種EM方程作為軟件算法實現的程度。同樣，工具供應商應該能夠提供信息。您還應該采取一些有代表性的測量來驗證模擬方法，并編制指標作為解釋未來結果的基礎。
市場上有許多數字3D EM仿真工具，其中一些專用于天線設計等特定活動，它們非常適合假設研究和結構優化。他們可以為給定結構建模所有EMI效應，但它們確實需要相當大的計算能力（內存和CPU時間），并且往往會花費很多。此外，需要深入了解EMI以理解結果，因為有時難以單獨使用3D EM結果來解釋特定輻射峰值的原因。
但是，對于白色家電中使用的PCB類型，我們并不尋求優化天線結構或產生特定的射頻曲線; 我們只是希望驗證電路板設計是否具有良好的EMC - 并且具有良好EMC規則檢查器的PCB設計CAD工具就足夠了。
如何設計電磁干擾EMI？
盡管EMC沒有靈丹妙藥，但良好的設計工作應包括識別寄生EMI天線，如電偶極子。此外，識別當前路徑，因為電流在循環中流動并始終尋找阻力小的路徑。因此，計劃適當的返回路徑（注意'地面'不是EMC工程中可接受的技術術語）并避免交叉分裂/間隙（即使是差分對）和返回路徑不連續（見圖3）。
圖3：在頂部圖中，參考層從地平面變為電壓平面，用于部分跡線。這產生了EMI天線。保持相同的參考平面，如下圖所示，避免/減少返回路徑的不連續性。
總而言之，好以EMC為設計目標，而不是冒險重新設計電路板，但您必須清楚地了解哪些EMC規則適用于您的項目。此外，在PCB設計CAD工具中嵌入EMC分析功能可以在制造電路板后大大降低EMC合規性失敗的風險; 但請確保該工具的規則檢查程序基于經過充分記錄和驗證的EMC原則和解釋。除非a）您信任模擬器并且b）您對結果的感受有所了解，否則永遠不要模擬。
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