電路設計性能優化對EMC的控制

2020-08-11

電磁干擾（EMI）可能會對電路板的預期操作和性能造成嚴重問題。要管理這種干擾，就需要將板上的電路設計為與板上或附近電子設備中的其他電路電磁兼容（EMC）。我們將仔細研究這意味著什么，以及一些優化設計以實現好的EMC電路性能的技術。是的，我還有那個午餐盒。我只是在等待它的價格在eBay上提升以獲得豐厚的回報。

電磁干擾可以在印刷電路板上以不同的方式產生，并且可以通過空氣輻射或由板材料傳導。EMI的來源包括如何配置板層堆疊，如何放置零件以及使用了哪些技術布線。如您所見，良好的電路布局技術對于控制這些EMI輻射至關重要，這反過來又可以防止它們污染其他電路或附近的設備。為了使電路和附近的設備一起工作，整個EMI防護過程稱為電磁兼容性。

所有這一切的目的是創建一種可以通過所需標準和測試的電路板。有通用標準，產品標準和產品系列標準。電路板要測試的標準取決于其功能和應用程序。例如，設計用于汽車用途的電路板具有多種標準要滿足，例如CISPR 12和CISPR 25以及ISO 11451和ISO11452。在汽車環境中，可能有數百種不同的汽車系統創建窄帶和寬帶發射。電路板必須能夠正常運行，而不會受到該環境的排放的影響，并且必須不會污染附近的其他系統。

接下來，我們將研究電路板上可能產生EMI問題的某些潛在設計領域。

如前所述，電路的布局方式對于EMC的控制效果至關重要。讓我們將其分為三個不同的區域：

板層結構

電路板由導電和非導電材料層構成，這些層的配置方式會對EMI產生巨大影響。例如，六層板的電源和接地層位于疊層中間，位于第3層和第4層，不會為其他布線層提供太多屏蔽。通過將這些平面層移到2和5，它們現在將為在3和4層之間路由的信號提供很好的屏蔽。

元件放置

組件放置時應牢記其最敏感或最“嘈雜”的網，以使其盡可能短而直接地布線。對于希望大電流線路具有最短和最寬走線的電源，尤其如此。高速時鐘線和其他敏感信號也將需要最短和最直接的路徑，以很大程度地降低其輻射EMI的能力。為此，必須針對信號路徑路由優化組件放置。 

連接性

正如我們所說，大電流和敏感線路需要盡可能短地布線，但是還有許多其他連接注意事項：

為了防止相鄰層上信號之間的寬邊耦合（串擾），不同層上的信號路由應交替選擇路由方向。

高速傳輸線應使用具有相鄰接地平面的微帶或帶狀線配置進行布線。

敏感線之間的走線間距應比常規走線間距大。

應計算受控阻抗線，并以精確的寬度布線

接地層的設計應確保信號返回路徑暢通，尤其是對于高速信號。

從這些開始，您將可以很好地降低電路設計中EMI的可能性?，F在讓我們進一步研究一些可以提供幫助的特定設計技術。

電路設計技術可優化EMC電路性能

可以用來幫助控制EMI的技術之一是將設計規則和約束系統放入您的電路設計系統中。許多CAD工具都具有出色的規則和約束系統，可讓您指定特定的線寬，間距，層和布線方向。當您嘗試控制電源和接地等網絡的走線寬度時，這非常重要。

路由時，高速網絡還將需要跟蹤模式或“拓撲”。在這里，約束可以通過指定引腳之間的連接性來幫助，以便使用正確的拓撲布線。還可以設置約束來控制特定網絡的長度，或匹配其他網絡的長度。當必須布線其長度必須精確以確?？梢栽谙嚓P時鐘信號的上升沿和下降沿捕獲數據時，這一點很重要。

設計規則和約束不僅適用于布線軌跡 ; 他們還可以幫助設計的許多其他方面。例如，您可以設置零件放置的間隙，以確保零件之間的正確距離?？梢葬槍蝹€組件或組件類別完成此操作。您還可以設置用于特定網絡的通孔規則以及許多其他規則，以確?？梢猿晒χ圃祀娐钒?。

控制電路板上EMI的另一種重要方法是設計電源和接地層。您在電路板上布線的每個信號都必須返回其原點，這通常是通過接地層實現的。但是，如果接地層充滿障礙物，例如其他電源的分割或接地網，切口或什至是很多孔，則返回信號可能最終會四處游蕩，試圖找到返回的路徑。這種游蕩會產生很多EMI，特別是當高速信號被阻塞時。

以下是電路設計工具中的一些功能，可以幫助您創建具有受控EMC的電路設計：

約束管理：您需要功能全面的規則和約束管理系統，該系統將使您能夠控制設計的各個方面，從跡線寬度到布線拓撲。

模擬器和分析儀：通過在布局電路板之前發現電路和設計問題，可以避免很多EMI問題，這些問題以后可能會讓您驚訝。此外，布局系統中可用的許多分析功能可以幫助您在構建電路板之前找到設計問題。

阻抗計算器：要設置正確的層結構，您需要知道層的順序，以獲得信號性能。阻抗計算器等內置工具可在此處幫助您在開始布局和布線之前定義電路板要求。

在線鏈接和數據交換：關于如何為您的設計構建成功的電路板層堆疊，有大量數據和信息可用，但是將這些數據導入工具一直是瓶頸。借助IPC-2581雙向數據交換格式，您現在可以將制造商直接將板層堆疊信息（包括板材料和厚度）直接放入設計中。