降低 EMI 影响的高速 PCB 布线技术

新一代电子技术导致组件的高速边缘速度不断提高。电路工作速度的提高对PCB设计提出了越来越高的要求。 PCB设计的质量甚至决定了元件和整个电路的工作性能。尤其是综合电路的成本、PCB面积和功能考虑，EMI（电磁接口）产生的来源越来越广泛，机理也越来越复杂。

EMI 机理及解决方案

EMI的主要要素包括电磁干扰源、传输路径和被干扰对象。指定导致EMI出现的要素后，有必要确定易于解决的要素和在PCB设计过程中只能部分解决的要素，以便在布局、布线过程中加以考虑。和接地。

• 布局

在PCB布局方面，应根据不同的功能划分区域。不同的功能分布在不同的区域，需要特别注意功能区域的敏感单元。

PCB布局一般要遵循以下原则：

一个。在高速电路中，必须考虑元器件的引脚分布参数，尤其是对于高速时钟信号，元器件引脚的分布容量是非常重要的。同时，必须参考分布电感，因为它可能会导致信号的振荡，从而导致电路功能故障。因此，在布局过程中，布线必须高密度布置，并缩短引线长度以供将来布线，并减少EMI的影响。

湾。如果模拟元件和电子元件都留在一个电路中，它们必须在布局过程中独立分布。由于数字分量信号具有复杂的复合成分，存在多个谐波，对模拟信号产生很大的影响。因此，必须非常小心地考虑它们。

C。时钟单元在高速电路中是必不可少的。时钟单元的工作机制实际上相当于一个噪声源，即当满足一定条件时，这个单元就会发生振荡。作为传导干扰和辐射干扰的重要来源，时钟单元不能放置在PCB的边缘。否则，EMI会变得如此严重。需要在PCB的中心放置时钟单元，可以大大降低电路中的EMI。

• 路由

在PCB布线过程中，在成本较低的情况下，可以尽量扩大地平面，以减少EMI的影响。但是，在严格控制成本的情况下，PCB的层数和堆叠顺序必须慎重考虑。此外，必须考虑信号类型，并且必须独立地对高速信号和低速信号进行路由。此外，还要考虑其他因素，包括噪声的来源，如何加强噪声抑制，阻抗匹配问题（高速信号没有合适的匹配肯定会导致信号反射，降低电路的可靠性），网表.

一个。路由的基本原理

路由中遵循的一般原则包括：

1).走线时要避免断点，也就是要避免直角，如下图1所示。

由于直角可能会导致反射，因此拐点应设计平滑以避免这种现象。同时，关键信号不能超出分割区域，否则 EMI 会立即增强。最常见的信号旁路是跨越不同的功率划分区域。

2).在布局的过程中，要求模拟元件和数字元件相互分开，这意味着它们的布线要分开。同时要加大地线和电源线的宽度，一般原则是地线宽度大于电源线宽度大于信号线宽度。而且信号线走线要充分考虑3W原则，多层板内层要考虑20H原则。上述工作的完成能够避免70%的EMI。对于模拟敏感线，可以采取接地等措施。

3).对于USB2.0或其他高速差分线的走线，应采用耦合走线，并保证差分对之间参考面的完整性。由于差分对一般都是高速信号，所以走线不应该安排在PCB的边缘。

湾。循环

PCB设计中永远无法避免环路。信号从流出到流入形成环路，每个环路在功能上起着天线的作用。为了降低 PCB 中的 EMI，应减少环路数量和环路的天线容量。这意味着在PCB设计中应注意每个信号的流向，对于高速信号必须减小环路面积。

在电路中，最常用的回路是去耦电容所包含的电源回路，如图2所示。

如果去耦电容按照图2左图放置，会产生较大的电流环路，EMI现象明显。相反，在图 2 的右图中，去耦电容器紧挨着芯片放置，产生了一个极小的去耦环路，其主要功能是降低 EMI。展示减少循环应遵循的原则：

1).每条信号线上的两点之间只保证一条路径。

2).地平面应确保在信号回路中没有阻塞。

C。 PCB地线

1).PCB接地系统中应明确数字地、模拟地、系统屏蔽地的区别。使用磁珠和电容将数字地和模拟地分开，数字地和场地应直接连接。
2).如果允许，PCB中的地线应加宽。
3).表格地线闭合电路，增强抗干扰能力，减小系统间电平差。

• 过滤器设计

在高速PCB中，可以对电源线和信号线进行滤波处理。常见的措施包括增加磁性滤波元件、EMI滤波器和去耦电容。

一个。去耦电容的选择

1).在电路中，去耦电容有助于使电源平滑，增强抗干扰能力。一般选用陶瓷电容作为去耦电容，由于其稳定性高、精度高、体积小、ESR（等效串联电阻）低等优点。在电路设计中，电阻值选择在1μF到100μF的范围内，而耐压能力必须根据电路来考虑。
2).去耦电容必须靠近元件放置。

湾。磁性元件的选择

磁性元件可分为电感器和磁珠。一般在电源端接电感，在信号线之间接磁珠。在元件选择过程中，必须考虑饱和参数。一旦磁性元件达到饱和，它们就会被烧毁。此外，还必须考虑磁性元件的质量参数和 DCR 参数。

信号线中常用的措施是在串行线上应用磁珠来增强EMI能力。

C。 EMI滤波器的选择

共模干扰严重的区域在电源输入和信号线输出的地方。避免共模干扰的常用措施包括增加共模电感、压敏电阻、LC电路和特定的EMI滤波器。在高速电路中，USB、HDMI等数字接口的高速传输必须考虑EMI问题。

• 信号反射

在信号传输中，总是期望源端的能量传输到负载端，也就是说ZL应该等于ZO。如果它们不相等，就会反射一部分能量。

如果线路的传输延迟较长，则较强的信号会反射回源端。那么产生振铃时就需要改变比较大的补偿量，如下图5所示。

当信号发生振铃时，EMI 会达到严重程度的峰值。为避免在PCB设计中出现此类现象，请遵循表1中的原则。

信号边沿时间（ns）	信号线长度（英寸）
5	8.6
4	6.9
3	5.1
2	3.4
1	1.7

EMI 测试

产品设计完成后，尽管采取了很多避免EMI的措施，但直到实施测试才发现问题。然后，可以进行一些修改来解决问题。

EMI测试包括测试方法、设备和测试位置。试验方法应参照所有项目进行。如果设备达不到标准，可以应用光谱仪进行定性测试。如果需要特定的设备 EMI 值，则必须使用专业设备。至于测试位置，最好在暗室进行测试。

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