教你在電路板設(shè)計(jì)中通過(guò)傳輸線(xiàn)抑制EMI

做好PCB設(shè)計(jì)絕對(duì)是一名電源新手成功向高手進(jìn)階的證明之一，如果能在做好PCB設(shè)計(jì)的同時(shí)控制好電路板中的EMI，那么更是證明了設(shè)計(jì)者的實(shí)力。那么如何在高速PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)EMI進(jìn)行有效的控制呢?本文就將從傳輸線(xiàn)參數(shù)的角度來(lái)為大家進(jìn)行分析。

傳輸線(xiàn)RLC參數(shù)和EMI

對(duì)于PCB板來(lái)說(shuō)，PCB上的每一條走線(xiàn)都可以有用三個(gè)基本的分布參數(shù)來(lái)對(duì)它進(jìn)行描述，即電阻、電容、電感。在EMI和阻抗的控制中，電感和電容的作用很大。

電容是電路系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)電能的元件。任何相鄰的兩條傳輸線(xiàn)之間，兩層PCB導(dǎo)電層之間以及電壓層和周?chē)牡仄矫嬷g都可以組成電容。在這些所有的電容中，傳輸線(xiàn)和它的回流電流之間組成的電容數(shù)值最大，也數(shù)量最多，因?yàn)槿魏蔚膫鬏斁€(xiàn)，它都會(huì)在它的周?chē)ㄟ^(guò)某種導(dǎo)電物質(zhì)形成回流。

根據(jù)電容的公式：C=εs/(4kπd)，他們之間形成的電容的大小和傳輸線(xiàn)到參考平面的距離成反比，和傳輸線(xiàn)的直徑(橫截面積)成正比。我們都知道，如果電容的數(shù)值越大，那么他們之間存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量也越多，換句話(huà)說(shuō)，他往外部泄露系統(tǒng)能量的比率將更少，那么這個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的EMI就會(huì)得到一定的抑制作用。

電感是電路系統(tǒng)中存儲(chǔ)周?chē)艌?chǎng)能量的元件。磁場(chǎng)是由流過(guò)導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的感生場(chǎng)。電感的數(shù)值表示它存儲(chǔ)導(dǎo)體周?chē)艌?chǎng)的能力，如果磁場(chǎng)減弱，感抗就會(huì)變小，感抗變大的時(shí)候，磁場(chǎng)就會(huì)增大，那么對(duì)外的磁能量輻射也會(huì)變大，即EMI值越大。所以系統(tǒng)的電感越小，那么就能對(duì)EMI進(jìn)行抑制。在低頻情況下，如果導(dǎo)體變短，厚度變大，變寬的時(shí)候，導(dǎo)體的電感就會(huì)變小，而在高頻情況下，磁場(chǎng)的大小則和導(dǎo)線(xiàn)及其回流構(gòu)成的閉環(huán)面積的函數(shù)，如果把導(dǎo)線(xiàn)與其回路靠近，由于回流和本身電流大小相等(在最佳回流狀態(tài))方向相反，所以?xún)烧弋a(chǎn)生的磁場(chǎng)就會(huì)相互抵消，降低了導(dǎo)體的感應(yīng)電感，所以，保持導(dǎo)體上電流和其最佳回流路徑，能夠一定程度的減小EMI。

而在一個(gè)實(shí)際電路中，導(dǎo)線(xiàn)的電容和電感是融合為一體的，如果只分析電容或者只考慮電感都有些片面，所以我們引入阻抗。阻抗是傳輸線(xiàn)上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(Z0=V/I)。導(dǎo)線(xiàn)和回路之間的阻抗是導(dǎo)線(xiàn)及其回路之間電感和電容的函數(shù)，阻抗ZO等于(L/C)1/2。

通過(guò)前面的分析和阻抗ZO的公式，從抑制EMI角度上來(lái)說(shuō)，希望阻抗越小越好。當(dāng)阻抗比較小即電容較大和電感較小的時(shí)候只要保持電路的正常布線(xiàn)，使電流保持最佳回流路徑，就可以使EMI控制在最小。而當(dāng)電容變小，電感變大，將會(huì)使系統(tǒng)屏蔽電磁場(chǎng)能量的能力下降，外泄電磁場(chǎng)能量增加，EMI變大。

通過(guò)以上的介紹可以看到，如果想要保持高速PCB當(dāng)中的EMI抗性，就需要對(duì)電容進(jìn)行部分的調(diào)整，以便于讓電流保持最佳的回流路徑，從而達(dá)到對(duì)EMI電磁干擾進(jìn)行最大程度抑制的效果。當(dāng)然這也是站在只以EMI抑制為目的角度來(lái)進(jìn)行的，在實(shí)際操作中要考慮的因素則要更多。