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PCB设计的EMC及测量方案

2023-12-06 16:21:54

       电路设计中数据传输速率越来越快,导致EMC问题越来越普遍。PCB板的EMC问题主要包括辐射干扰和传导干扰。辐射干扰是指PCB板上的元件和布线在空间中产生电磁辐射,可能对其他电子设备和系统造成干扰。传导干扰是指PCB板上的元件和布线通过电源线、信号线等传输线将干扰传导到其他电子设备和系统。


PCB板.jpg


一、导致EMC问题产生的原因:

1、高频信号:随着数据传输速率的提高,信号的频率也会相应增加,当信号频率超过100MHz时,就会产生高频信号。高频信号更容易产生电磁干扰,导致EMC问题。

2、瞬态电流:数据传输速率提高,意味着单位时间内需要传输的数据量也相应增加,这会导致电路中产生更大的瞬态电流。瞬态电流在电路中流动时,会产生电磁场,对周围的电子设备产生干扰。

3、电路设计问题:在电路设计中,如果器件布局不合理、布线设计不当、接地策略有误等,都会导致EMC问题的产生。例如,器件布局不合理会导致信号线之间产生干扰,布线设计不当会导致信号反射和串扰等问题,接地策略有误会导致地电平面不连续等问题。

4、外部干扰:除了电路设计本身的问题,外部干扰也会导致EMC问题的产生。例如,雷电、无线通信设备、电动机等都可能对电路产生干扰。


EMI干扰.png


二、为了解决PCB板的EMC问题,可以采取以下措施:

1、在器件布置方面,应将相互有关的器件尽量靠近,将数字电路、模拟电路及电源电路分别放置,将高频电路与低频电路分开。易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离逻辑电路。对时钟电路和高频电路等主要干扰和辐射源应单独安排,远离敏感电路。输入输出芯片要位于接近混合电路封装的I/O出口处。

2、在布线层设计方面,应尽量安排与电源或地平面相邻以产生通量对消作用。印制导线的电感量与其长度成正比,与其宽度成反比,因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。在布局允许的情况下,推荐采用井字形网状布线结构。

3、抑制反射干扰:为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰,除了特殊需要之外,应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。

4、采用正确的接地策略:正确的接地策略可以有效地抑制EMI。例如,可以将模拟地和数字地分开,然后通过一点连接,以减少它们之间的干扰。

5、使用滤波器或者去耦电容等元件:滤波器可以有效地滤掉噪声和干扰信号。例如,可以在电源线和信号线上使用滤波器,以减少电源线和信号线上的噪声和干扰。


EMC测试与整改.jpeg


三、对于PCB板的EMC测量方案,可以采取以下步骤:

1、确定测试标准和测试条件:根据相关标准和规范,确定测试的标准和条件,例如测试环境、测试设备、测试程序等,需遵循安全操作规范,防止意外。

2、选择合适的测试设备:根据测试条件和PCB板的特点,选择合适的测试设备,例如雷击浪涌发生器、静电放电发生器、EMI测试接收机、频谱分析仪等。

3、进行测试:按照测试程序进行测试,记录测试数据并进行分析对比。

4、评估测试结果并采取改进措施:根据测试结果评估PCB板的电磁兼容性,并采取改进措施,例如优化器件布局、改进布线设计等。

5、重复进行测试和评估:在改进措施实施后,重复进行测试和评估,直到满足标准和规范要求为止。


近场探头测EMI.jpg


四、传导骚扰(EMI)测试系统配置图


EMI测试系统.jpg


五、常见问题

1、频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰

       常规的频谱分析仪是一种窄带扫频接收机,它在某一时刻仅接收某个频率范围内的能量。而静电放电等瞬态干扰是一种脉冲干扰,其频谱范围很宽,但时间很短。因此,当瞬态干扰发生时,频谱分析仪观察到的仅是其总能量的一小部分,不能反映实际的干扰情况。所以,频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰。

       与之相对的,实时频谱分析仪或者EMI测试接收机可以捕捉到瞬态干扰的全貌,并且可以以实时的方式显示干扰的频率、持续时间、波形和幅度。这使得实时频谱分析仪或者EMI测试接收机成为观测静电放电等瞬态干扰的有力工具。


2、高电压点的电磁辐射怕烧坏频谱仪

       在测量辐射时,频谱仪会利用近场探头来捕捉电磁波的信号,并通过内部的电路将信号转换为可读的数据。频谱仪可以测量不同频率范围内的电磁辐射,并且可以显示其强度和分布情况。利用近场探头测量辐射的方法具有较高的精度和灵敏度,因为探头可以非常接近目标物体,从而获得更准确的测量结果。此外,这种方法还可以用于检测隐藏的电磁辐射源,例如隐藏在墙壁后面的无线路由器或蓝牙设备等。

       需要注意的是,在信号线路上添加保护电路,例如限幅器或过载保护器,以防止信号线过载损坏频谱仪。


六、总结

       解决PCB板的EMC问题需要从器件布局、布线设计、接地策略等多方面进行考虑和优化,同时也需要进行严格的测试和评估,以确保PCB板的电磁兼容性符合要求。


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