EMC能力的核心不是会整改，而是产品在原理图和PCB设计阶段，就知道哪里一定会出问题。

大家好，我是EE小新。

看到一篇文章，简单翻译了一下，有部分错别字，但是不影响整体意思。

先介绍一下产品开发过程中常见的EMC问题：

辐射发射

许多产品经常在CISPR 32或CISPR 11的30MHz至6GHz辐射发射测试中失败。大多数问题通常发生在f<1GHz 频段，辐射的原因是系统内未正确接地。

如果无法满足f>1GHz的发射限制，意外辐射器很可能存在于PCB上（时钟线、单端高速数据线、小型PCB结构）。

辐射抗扰

大多数产品的辐射抗扰要求根据IEC61000-4-3进行测试。通常，传感器是产品中最灵敏的元件。这就是为什么传感器在设计和EMC抗扰测试中需要特别注意的原因。必须注意所有往返传感器的信号线都经过最大允许的衰减滤波。然而，每个滤波器都会引起失真和时间延迟（频域中的相位偏移）。因此，确保失真和时间延迟低于允许的最大值。此外，任何敏感电路的低阻抗接地极为重要，电缆和PCB结构应尽量保持短小。

静电放电

ESD测试依据IEC 61000-4-2进行。产品中每一个电气漂浮部件都会增加ESD测试失败的可能性，因为这增加了由ESD脉冲引起的非预期电流沿线和PCB信号线流动，最终导致集成电路损坏或信号受扰的可能性。

EMC设计指南

EMC指南#1——绝不要将信号路由在分割的参考平面上！

目标 = 减少辐射发射

这导致不必要的大电流环路（因为电流回路无法直接流经正向电流下方），大电流环路往往会导致高辐射发射值。下图显示了正向电流（实线）和返回电流（虚线）。

经验法则#1：遇到疑问时，不要拆分回路电流参考平面（GND、功率平面），而应使用实心填充的参考平面。高频信号（f>1MHz）应至少有一个实心参考平面紧邻。

EMC指南#2——始终考虑回流电流。

目标 = 减少辐射发射和共阻抗耦合。

一定要考虑回流电流！永远！考虑到回波电流：尽量减少高电流电路（如电机）和敏感电路（如未放大传感器信号）的共同回路，因为这些共线路径会导致共阻抗耦合。此外，尽量最小化高频信号正向与回波电流之间的环路面积A[平方米]，因为这些环路可能导致意外辐射。

提示：假设在第1层通过PCB走线传输高频信号A（f>1MHz），在第2层有参考平面（例如GND或电源平面），那么参考平面上高频信号A的回波电流更倾向于直接流经A的轨迹下方，因为高频返回电流总是沿最小电感路径流动。

目标=减少辐射发射和共阻抗耦合。

EMC指南#3——去耦：使用低电感电容和平面。

脱钩很重要！一定要考虑分离！对于PCBs，我们可以区分两种情况：

局部解耦。 对于没有紧密间隔电源和GND平面的PCB电路板，我们称之为局部解耦（见下方左图）。

全球解耦。对于电源和GND平面间距较近的PCB电路板，我们称之为全局解耦（见下方右图）。

提示： 解耦取决于PCB层数和叠加。

两层和单层印刷电路板。 对于单层或双层PCB设计，应将解耦电容尽可能靠近PCB每个C镰部的电源引脚。这指的是局部解耦。

对于多层PCB设计，GND和功率平面间距较近（<0.25mm，<10mil），解耦电容的位置不如单层或双层设计那么关键，因为密集的平面在高频（>1MHz）下起到高效的解耦电容作用实际的解耦电容作为全局解耦电容。

然而，比解耦电容器的位置更重要的是，集成电路的电源和GND引脚以低电感（多孔）连接到相应的平面。

EMC指南#4——在PCB上使用地平面进行屏蔽。

目标=电路板干扰减少。

在PCB上使用实心填充的参考平面（例如GND或电源平面），将噪声信号（例如电机信号）与敏感信号（例如未放大的传感器信号）分离出来。参考平面将起到屏蔽作用，降低电磁干扰（EMI）。但需要注意的是，这种铜屏蔽主要对任意频率的电场和高频H场（f>1MHz）有效，但不适用于低频H场，因为铜的相对磁导率m0r较低，无法作为低频磁场的屏蔽。

EMC指南#5——将高频信号布线到平面旁。

目标=减少辐射排放。

高频信号应始终引导到相邻的固态参考平面（GND或电源平面，此时作为高频接地）。对于单层设计：使用靠近高频信号的保护线，那里回流电流或加铜。

EMC指南#6——控制上升和下降时间。

目标=减少辐射排放。

尽可能延长任何数字信号（尤其是时钟信号）的升降时间。短的上升和下降时间意味着信号带宽更大，因此数字信号中包含更多高频内容，这在长传输线中可能导致辐射发射或反射（相较于高频内容的波长）。

经验法则：在靠近驱动单元输出的地方添加串联电阻（通常为33Ω），以减少上升和下降时间。

经验法则：数字信号中最高的有效频率含量f最大值[Hz]不依赖于第一谐波（基频）。相反，它取决于上升和下降时间：

其中，t10%——90% [秒] 是数字信号斜率从10%到90%的上升和/或下降时间（以较小者为准）。

经验法则：每一条长度超过λ/10 [m]的PCB线路都应被视为传输线，而不再是简单的互连（其中λ[m]为波长）。这意味着这样的走线应以受控阻抗Z0[Ω]布设。换句话说：避免PCB走线沿线出现阻抗变化或不连续，因为这些阻抗变化或不连续可能导致反射或振铃。反射和振铃会影响信号完整性，导致电磁辐射增加。

EMC 指南 #7 – 保持时钟线尽可能短。

目标 = 减少辐射发射

套用尊敬的亨利·W·奥特的话：对时钟的分配多疑吧！注意时钟线及其回流路径，尽量保持短！

EMC指南#8——在上下层填充电路GND。

目标 = 减少辐射发射

在PCB的上下两层用信号周围的实心接地平面（铜区）填充，并对PCB边缘进行金属化处理。这有助于减少辐射发射，因为顶层和底层的填充GND区域屏蔽了内层信号，防止辐射。此外，填充铜区有助于保持低阻抗的回路电流路径和短电流环路。

重要提示：别忘了在整个PCB上放置一个地面缝线孔格栅（否则，一些小铜岛会开始辐射，辐射会比没有实心铜填充时更多）！这非常重要！本节的经验法则介绍了一种确定缝合孔之间最大距离的方法。

下图展示了带有金属化边缘的多层PCB的剖面视图。

此外，镀层PCB外缘（连接到电路GND）有助于防止内部PCB层辐射。镀层PCB边缘也有助于提高PCB的冷却效率，因为多了一层铜面，可以进行热交换。金属化PCB边缘的额外成本较低。

经验法则：在顶层和底层用磨粉（铜浇注）填充时，最佳做法是在整个PCB上加装网格的磨缝孔。否则，一些小的GND铜区会容易辐射！这些通孔在该栅格内的距离取决于PCB上最高频率f的最大值[Hz]。给定波长为λ[m]的信号，经验法则是长度为≥λ/10的残迹或痕迹会开始成为问题（关于辐射），而长度为<λ/20的迹则不会成为问题（介于λ/10和λ/20之间是灰色 区域）。因此，通孔之间的距离应小于fmax [Hz]的l=10。正弦波信号通过PCB信号轨迹的波长λ[m]如下：

其中，c是光速（2.998e8 m/sec），f[Hz] 是正弦波信号的频率，εr' 是铜迹周围材料的有效相对磁导率。但如何分别确定fmax[Hz]或λ/10 [m]呢？通常，板上最高频率f的最大[Hz]可以在数字信号中找到，例如时钟信号：

其中，t10%——90% [秒] 是数字信号斜率从10%到90%的上升和/或下降时间（以较小者为准）。

下面的t可表示高频数字信号的上升/下降时间示例值，对应的最高频率含量f最大[Hz]和λ/10值（如上所述：通管栅极的通孔间推荐距离为<λ/10）。

EMC 指南 #9 – 在高速信号过孔周围添加缝合孔

目标 = 减少辐射发射

想象以下情景：高速信号从PCB的一个平面切换到另一个平面。为了最小化地弹跳，回流电流路径阻抗应最小[1]。根据当前返回路径，有以下两种选择：

相同的回流参考网。如果两个平面具有相同的参考网且电势相同（例如GND），则在接近高速信号的通道处添加两到三个缝合孔（在参考平面之间）。这些缝合孔有助于保持电流环路，从而尽可能降低电感。

不同的回流参考网。如果两个参考平面是直流隔离的，确保这两个参考平面耦合到最低阻抗。这可以通过它们之间尽可能薄的介电层实现（见下图）。

EMC指南#10——在连接器的每个引脚上加一个电容。

目标 = 减少辐射发射，实现免疫

直接在连接器处过滤信号非常重要！这有助于提高对PCB的静电抗性，减少辐射发射，并增强对IO电缆上耦合脉冲信号的免疫力。每一条进出PCB的信号或电源线都需要一个滤波元件，例如陶瓷电容。电容的一侧应靠近连接器引脚，另一侧引脚以低电感连接到接地平面。下表根据信号的数据速率提出了一些常见的电容值（见下表）。

提示：离开设备的信号线路（例如人们可以用手触摸的连接器）会暴露在静电干扰（ESD）中（2kV、4kV、6kV、8kV）。此时，使用额定电压较高的电容器（例如>250V，取决于电容和静电测试电压及其他元件，例如连接器引脚与电容器之间的铁氧体珠或导体长度）。

EMC指南#11——在IO区将GND电路连接到机箱。

目标 = 减少辐射发射，实现免疫

在电缆进出机箱的区域绑定电路GND。用非常低阻抗连接！GND和底盘在IO领域具有同等潜力非常重要：

它防止了意外辐射，因为GND显示的与底盘（地球）之间的最小电压差。

这使得PCB上的IO信号滤波器最有效，并防止静电脉冲

进入电路板上。为什么？因为来自电缆或连接器的进射噪声和干扰可能会直接沿着机箱和接地回流到源头。

EMC指南#12——沿底盘（GND、接地）铺设电缆。

目标 = 减少辐射发射

尽可能沿底盘不断铺设电缆。这使电缆中电压和电流产生的电磁场保持在最低辐射水平。“持续”这个词至关重要，因为当电缆沿底盘不断布置时，电平衡没有变化（电平衡的变化会导致共模电流）。

EMC指南#13——不要用电缆屏蔽作为低频信号的信号导体。

目标 = 提高免疫力

由于屏蔽层内地环电流的潜在干扰，电缆屏蔽不应作为低频信号的信号导体之一。

提示：该规则不适用于高频信号，因为信号回波电流和噪声电流通过屏蔽内的蒙肤效应（高频信号的回波电流流经屏蔽内侧表面，噪声电流流向屏蔽层表面）分开。

EMC指南#14——低频信号只能在一端接地电缆屏蔽。

目标 = 增强对电场的抗电能力

在将电缆屏蔽两端接地处理低频信号时，可能会出现问题，因为屏蔽中的地环电流可能会干扰电缆内部的信号。

经验法则：对于低频（<100kHz）信号的屏蔽：

防护电场：屏蔽板的一端仅接地（低阻抗），以避免噪声电流通过屏蔽层（例如由磁场或地环电流感应）。

对H场的屏蔽：屏蔽仅一端接地无法防止H场干扰。如果需要防护低频H场，则需要相对磁导率μ0r>>1的屏蔽。扭转也有助于防止H场耦合。

如果你只控制电缆屏蔽的一侧（因为电缆另一端有不同厂商的未知设备），那么将电缆屏蔽板接地，使用低电感（不要接线，使用360°屏蔽夹），或者实现混合接地。混合接地是一种折中方案，用于屏蔽高频信号，同时最大限度地减少屏蔽中的低频接地环电流（见下图）：将电缆屏蔽层与接地接地，使用电阻（以降低屏蔽层中低频信号的接地环路电流），并在该电阻上添加并联电容（允许高频信号通过电缆屏蔽）。

EMC指南#15——高频信号两端均需接地电缆屏蔽。

目标 = 增强抗电，减少磁场发射

必须将高频信号电缆屏蔽的两端都铺设在低电感的接地（不要尾线，使用360°屏蔽夹或类似设备）。经验法则：对于高频（>1MHz）信号：

屏蔽可以作为高频信号的回传路径，因为外部噪声源。屏蔽中感应的噪声电流有助于抵消信号回波电流的磁场，噪声电流被表皮效应分离。

为了减少屏蔽电缆中信号产生的磁场发射，屏蔽层必须在两端都铺设在接地上

EMC指南#16——最小化电缆中信号的环路面积。

目标 = 增强对磁场的免疫力。

保护信号免受磁场影响的最佳方法是缩小电流环面积A[m^2]。在电缆中最小化环路面积A [m^2]意味着在扁平带状电缆中扭转正向和返回电流的导线，或使用邻居导线传递正向和返回电流。

EMC指南#17——避免更换电气平衡。

目标 = 减少辐射排放

从电气平衡到非平衡或反之（模式转换）的转换称为电气平衡变化（平衡和不平衡传输线在第7.9节中讨论）。电平衡变化会导致共模电流。我们不想要共模电流！共模电流通常是意外辐射发射的原因。因此，应避免模式转换。由模变产生的最大共模电压VCM;max[V]为VCM;max=ΔhmaxVDM=0.5VDM，其中h是不平衡因子，ΔhmaxVDM是最大不平衡因子变化。

避免连接PCB电缆的电气平衡变化意味着：

如果信号是平衡的，保持平衡（双绞线，扁平电缆，见下图）。

如果信号不平衡，保持不平衡（同轴多层扁平电缆，见下图）。

避免为滤波器更换电气平衡意味着：

• 如果信号是平衡的，则在两条信号线上添加相同的滤波器，见下图。

• 如果信号不平衡，信号线路中仅添加滤波器，见下图。

声明：

 

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