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硬件系统工程师宝典（15）-----PCB上的EMC设计，“拿捏了”

电子工程学习圈 2023-04-12 原文

各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。上篇我们说到PCB常用的多层板叠层结构，综合成本、性能、需求考虑选择不同的叠层结构。今天我们来看看为提高EMC性能，在PCB设计上能有哪些处理。

滤波在EMI处理中的应用

做过EMC设计的都知道，滤波是必不可少的最常用的手段，常见的措施有加去耦电容、三端电容、磁珠、电源滤波、接口滤波，电容类去耦滤波要靠近滤波区域放置。在滤波设计时，基本都是衰减高频噪声，在高频时，元器件会有不同的高频特性，如下图所示：

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电阻、电容、电感、导线的高低频特性

在滤波电路的EMC设计中，低通滤波器用来衰减高频噪声，滤波电路的典型结构如下图所示：

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低通滤波电路的结构形式

图a为电感滤波器，适用于高频时源阻抗和负载阻抗较小的场合。

图b为电容滤波器，适用于高频时源阻抗和负载阻抗较大的场合。

图c和图d所示为L形滤波器，图c适用于高频时源阻抗小、负载阻抗较大的场合，图d适用于高频时源阻抗较大、负载阻抗较小的场合。

图e为π形滤波器，适用于高频时源阻抗和负载阻抗较大的场合。

图f为T形滤波器，适用于高频时源阻抗和负载阻抗都比较小的场合。

滤波电路在布局、布线时要注意：

1.确保滤波电路的地是一个低阻抗的地，不同功能电路之间不能存在共地阻抗

2.滤波电路的输入/输出不能互相交叉走线，需要隔离。

3.滤波电路的走线路径要短，要尽量减小滤波电容的等效串联电感和等效串联电阻

4.接口滤波电路应该尽量靠近接口的接插件放置。

EMC中地的分割与汇接

在PCB单板中，噪声波动大的地称为“动态地”，纹波小的地称为“静态地”。静态地和动态地一般要做隔离。分地处理可以根据不同电源电压、数字和模拟信号、高速和低速信号、大电流和小电流来分别设置地线。这样可以防止不相容电路的回流信号叠加，防止共地线阻抗耦合。

例如数字地和模拟地，数字信号变化速度快，所以在数字地上引起的噪声会很大，而模拟信号需要一个干净的地参考工作，因此模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响模拟信号。模拟地和数字地一般会分开处理，然后通过细的走线连接在一起，或单点连接。

常用的单点连接方式有PCB走线、0欧姆电阻、磁珠和小电容等。当然数字地和模拟地分开处理只是针对一般情况，如果数字地的噪声干扰幅度在允许的阈值范围内就可以合在一起。

EMC中的屏蔽与隔离

屏蔽根据原理不同可以分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽：

1.电屏蔽的实质是减小两个设备（或电路、组件、元件）间电场感应的影响。原理是将干扰源被良导体制成的屏蔽体导入地，因此电屏蔽需要保证接地良好及屏蔽体是良导体。

2.磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路，对干扰磁场进行分流。因此要选择钢、铁盒坡莫合金等高磁导率的材料设计壳体。

3.电磁屏蔽的原理是通过金属屏蔽体可以反射、吸收电磁波来屏蔽辐射干扰源。辐射的频率和屏蔽体的孔缝尺寸相关，设计电磁屏蔽时需要考虑。

在PCB设计时，对于敏感电路、强辐射电路等需要设计一个屏蔽腔，在屏蔽腔壁紧贴的部位要加上接地过孔，要求如下：

1.要有两排以上的过孔；

2.两排过孔要互相错开；

3.同一排的过孔间距要小于λ/20；

4.PCB与屏蔽腔焊接部位禁止有绿油；

5.处理射频信号，射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时，要在屏蔽腔的相应位置开一个槽门，门高大于0.5mm，门宽要保证安装后信号线和屏蔽体间的距离大于1mm，如下图所示

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屏蔽壁槽门

一些电磁计算软件如HFSS、Feco、EADS/EMC2000、Flowmerics/FLOWEMC和Ansys/Multiphysics等，可以帮助设计人员设计出符合EMC的结构，软件可对电子设备通过孔、缝等结构的电磁场辐射泄漏进行仿真，主要涉及器件、印制板建模及腔体结构建模等。

另外，整理了一些电子工程类的资料，分享给大家，目前有模拟电路、单片机、C语言、PCB设计、电源相关、FPGA、EMC、物联网、Linux相关学习资料，还有针对大学生的资料包，后续还会有更多资料分享给大家，助力大家学习，成就梦想~

链接可在往期文章中找（在文章的最后有链接）~

模拟电路设计的九个级别，你是模电几段？

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