PCB設計中電磁干擾抑制問題

李芳

[摘 要] 從印制電路板（PCB）設計工作的實際出發，分析PCB設計中引起電磁干擾的原因，從屏蔽設計、濾波設計與接地設計等多方面，探討PCB設計中電磁感染的抑制措施。

[關 鍵 詞] PCB設計；電磁干擾；原因；抑制措施

[中圖分類號] O441 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）22-0083-01

科學技術的不斷發展，使電子產品大面積普及，產品類型大幅度創新，產品性能不斷優化。印制電路板（PCB）在電子產品中發揮著無可替代的作用，而電磁兼容性是電子產品所具備的一種性能，在電子產品工作過程中，PCB板及其具備的電磁兼容性能為電子產品的正常工作提供保障，但也容易產生電磁干擾問題。電磁干擾是指影響系統或電子產品正常工作的雜波信號，是電子產品或系統在自身環境下正常工作對同一環境下的其他設備運行造成干擾。綜合分析PCB設計的規范要求，對PCB設計中的電磁干擾問題利用科學方法予以抑制，對保障電子產品或系統的正常穩定工作有利。

一、PCB設計中引起電磁干擾的原因分析

電磁干擾（EMI）是指影響系統或電子產品正常工作的雜波信號；而傳導或輻射的電磁干擾源、敏感部件與耦合路徑是形成電磁干擾的必備元素。根據電磁場的基本理論分析電子產品或系統的工作可知，如果電子產品或系統的PCB印制線或外部傳輸線中存在射頻（RF）電流，則電子產品或系統工作過程中，在返回路徑的作用下，電子產品或系統會因電流從電流源流到負載后返回電流源而形成閉合電流環路，進而在電子產品或系統工作時，產生磁場及輻射電場。由此分析PCB設計中引起電磁干擾的原因可知，PCB設計中引起電磁干擾的主要原因是殘余RF電流（見下圖），而殘余RF電流的產生主要是由于PCB印制線與返回路徑有一定間距，導致在電子產品或系統正常工作過程中，返回結構與磁場間無法實現100%的磁通耦合，從而產生參與RF電流。

二、PCB設計中電磁干擾的抑制措施

（一）屏蔽設計

電磁干擾問題的抑制對PCB設計的優化及電子產品或系統的正常工作具有重要意義，而屏蔽設計是通過空間傳播電磁干擾的有效抑制手段。利用屏蔽設計進行PCB設計中電磁干擾問題的抑制，不僅能防止外來輻射電磁能量進入內部控制區，而且在電子產品或系統工作過程中，對內部輻射電磁能量外泄出控制區域這一現象也具有限制作用。

磁場屏蔽與電場屏蔽等方式是采用屏蔽設計抑制PCB設計中電磁干擾的有效方式，而不同屏蔽方式在抑制原理與效果等方面有著明顯差異。磁場屏蔽主要是屏蔽直流或低頻場，而采用磁場屏蔽方式抑制PCB設計中的電磁干擾問題，需要在PCB設計中盡量讓縫隙或接風口順沿電磁線方向并呈條形；利用屏蔽體厚度的增加與高導磁率材料的使用對印制電磁板中屏蔽體的磁阻予以減小；通過采用雙層磁屏蔽體結構對強電場進行屏蔽；讓屏蔽體與被屏蔽設備之間保持距離，最終達到抑制PCB設計中電磁干擾的目的。電場屏蔽是抑制PCB設計中電磁干擾問題的重要屏蔽方式，而采用電廠屏蔽進行電磁干擾抑制時，可對屏蔽板的材料與形狀進行優化，讓屏蔽金屬板與受保護設備盡可能貼近，或是使用帶縫隙的屏蔽罩與全封裝的金屬盒，從而實現對PCB設計中電磁干擾的有效抑制。

（二）濾波設計

對PCB設計中的電磁干擾問題，濾波設計也是抑制電磁干擾的有效手段。磁性元件與EMI濾波器是利用濾波抑制電磁干擾不可缺少的器件。在PCB設計過程中，利用扁平磁夾子或磁珠等磁性元件形成電磁干擾抑制器件，有助于抑制PCB設計中的電磁干擾。在PCB設計中，使用EMI濾波器的目的是對電路板或系統內外的電源進行隔離，而濾波器接入端的阻抗大小是選取EMI濾波器的重要依據，EMI濾波器在印制電路板中具有輸出或輸入濾波兩種作用。若電源線兩端都是低電阻，則為了更好地抑制PCB設計中的電磁感染，可采用T型濾波器進行印制電路板設計；若電源線兩端都是高阻，則印制電路板設計中可選用II型濾波器與穿心電容，達到抑制電磁干擾的目的。

（三）接地設計

在印制電路板設計中，良好的接地有助于減緩電壓瞬變，而這也是抑制電磁干擾的有效手段。利用接地設計對PCB設計中電磁干擾進行抑制時，可采用兩層地層設計超過25MHz的印制電路板，借助多點接地抑制PCB設計中的電磁干擾。或是在PCB設計中在重要信號線周圍加上起到保護作用的地線，在信號換層的過孔附近與高頻器件周圍放置一些旁路電容，將時鐘信號走在信號層，盡量減少印制導線的不連續性，保證跨地信號的最小回流面積以及時鐘信號遠離輸入輸出信號的走線區域，從而借助接地設計實現對PCB設計中電磁干擾的有效抑制。

抑制電磁干擾是PCB設計的關鍵性內容，對電子產品或系統工作的正常性與可靠性有著較大影響。綜合分析PCB設計中電磁干擾的形成原因，從印制電路板中屏蔽、濾波與接地等多方面進行優化設計，加強對PCB設計中電磁干擾的抑制，從而保證電子產品或系統的電磁兼容。

參考文獻：

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