EMI/EMC设计讲座（七）印刷电路板的EMI噪讯对策技巧

作者：信息来源:pcb设计 2008-5-12

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随着电子组件功能提升，各种电子产品不断朝向高速化方向发展，然而高性能化、多功能化、可携带化的结果，各式各样的EMC(Electro Magnetic Compatibility)问题，却成为设计者挥之不去的梦魇。目前EMI(Electro Magnetic Interference)噪讯对策，大多仰赖设计者长年累积的经验，或是利用仿真分析软件针对框体结构、电子组...

各种EMI噪讯对策
a.EMI噪讯对策用电容
接着进行EMI测试获得图8的测试结果，根据测试结果再进行噪讯抑制设计作业，在此同时将设计变更的被测基板A的设计数据读入EMI噪讯抑制支持工具，并针对支持工具指出的主要部位，例如频率线、Bus导线Via周围，分散设置EMI噪讯对策用电容(图9)，主要原因是信号导线的return路径如果太长或是非连续状态时，EMI噪讯有增大之虞，为了缩短Return路径，因此设置连接电源与接地的电容。

图10～图13是改变上述电容容量时的EMI噪讯测试结果，根据测试结果显示，依照图14的频率范围设置的大容量EMI噪讯对策用电容DuF，可以抑制低频噪讯Level。虽然设置电容增加PCB的容量负载，不过为了要抑制噪讯，设置在各部位的电容频率特性，却可以发挥预期的EMI噪讯抑制效果。

实际应用时只要在频率导线、Bus导线等高频导线图案(Pattern)附近、形成CPU、Return路径的内层面(Plane)的分断附近、形成噪讯出入口的基板侧面附近分散设置EMI噪讯对策用电容，就可以消除该部位周边的噪讯。

对各式各样基板外形、组件封装、导线的PCB而言，只要以一定间隔设置EMI噪讯对策用电容，同样可以获得分散性的噪讯抑制效果。
　

b.改变基板的层结构
接着针对被测基板A进行层结构改善，制作图15所示6层Built up被测基板B，它是利用「Pad on Via」与「雷射Via」加工技术，将上述被测基板A的外层信号线导线变成内层，使Return电流可能流入接地Plane，外层当作接地Plane包覆所有信号层。

改变被测基板结构主要理由是一般4层基板的Return路径，通常都设有可以通行电源Plane或是最短距离接地，因此在贯穿部位经常造成Return路径迂回问题，如果信号导线包覆接地Plane，如此一来大部份的Return路径会流入接地 Plane，进而解决Return路径迂回的困扰，被测基板B就是根据上述构想制成，因此Return路径在PCB整体减少30%，同时缩减信号图案与Return路径构成的电流Loop距离，进而达成EMI噪讯抑制的目的。图16是被测基板B的各层结构图。
　

图16是被测基板B的EMI噪讯测试结果，根据测试结果显示包含利用外层接地Plane的遮蔽(Field)结构，与回避Return路径迂回的设计确实具有抑制EMI噪讯的效果，不过实际上各式各样的电路基板要作如此的层结构变更，势必面临制作成本暴增的困扰，尤其是所有信号导线都将Return路径列入设计考虑的话，几乎无法作业，因此Layout阶段尽量避免高频信号导线透过Via作布线，同时必需在该信号导线邻近的层设置接地Plane，藉此防止Return路径迂回或是分断，接地Plane之间以复数Via连接，Return路径利用复数Via作理想性的归返。
　

c.设置多点Grand接地
Return电流流动时PCB内的接地Plane会产生电位差，该电位差往往是EMI噪讯的发生原因之一，而且可能会通过PCB形成所谓的二次噪讯，因此将接地Plane与金属板作多点连接(图18、图19)，使PCB的侧面与中心位置得电位差均匀化，同时降低接地Plane本身的阻抗(Impedance)并抑制电压下降。

图20是多点接地后的EMI测试结果，由图可知低频领域EMI噪讯强度略为上升，不过200MHz以上时EMI噪讯受到抑制，意味着多点接地的有效性获得证实。