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PCB電路板中的電磁輻射你知道如何應對嗎

2020-04-29
來源:電源網

    你知道什么是電磁輻射嗎?它有什么危害?對于PCB技術現在已經迎來了Altium Designer 20的到來,增加不少新功能。那么對于PCB電路板中的電磁輻射問題我們該如何應對呢?這些干擾都不能超過一個限度,超過了這個限度就會引起問題,這些干擾歸根結底還是影響了系統的信號完整性。

    

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    我們在接觸新鮮事物的時候,通常習慣用自己熟悉的知識去解釋自己不熟悉的事物。EMC知識更多的涉及到微波和射頻,對于像我這種專注于信號完整性而對EMC知識知之甚少的菜鳥來說,最初也只能用SI的一些基礎知識去撬開EMC設計的大門了。在我的認知里,EMI關注的是電磁能量的輻射,包括外部電磁環境對自身系統的干擾,以及自身輻射的電磁能量對外部系統的干擾。這些干擾都不能超過一個限度,超過了這個限度就會引起問題,這些干擾歸根結底還是影響了系統的信號完整性。

    電路板上的電磁能量是怎么輻射出去的?

    說到這里,我就想起了下面這幅圖,這也是我對電磁輻射最基本的印象。

    早期的PCB是單層板的,芯片之間是通過導線連接起來,電源線和信號線沒啥區別,僅僅是連通的導線而已。這又讓我想到了自己的畢業設計,是一個單片機控制的LED顯示屏,這個系統很簡單,就幾個IC以及色環電阻,電容都沒幾個,通過簡單的焊接,電路就可以工作了。根本就沒有用到微帶線,帶狀線,雙絞線,同軸電纜這些東東。

    學習高速設計之后,我明白了,隨著頻率的上升,信號跳變產生的電磁能量也在增加。芯片之間再也不能這樣簡單的連接起來了,像圖1這種連接方法,會使回路電感很大,回路電感很大,就會使得交流信號的感抗很大,信號根本不會老老實實沿導線傳播,而是會輻射到空間中去。

    關于PCB電路板中的電磁輻射問題該如何正確面對?

    在SI工程師眼中,使用微帶線或者帶狀線是為了給信號提供一個低阻抗的傳輸路徑。這在EMC工程師眼中也是電磁屏蔽的需要。在使用了微帶線或者帶狀線之后,電磁能量就被控制在了導體之間的介質中了。為什么在使用了微帶線和帶狀線后,電磁能量大部分會被束縛在介質中呢?主要原因是信號路徑與回流路徑靠的更近,這樣整個回路的電感就減小了。不信我們來使用軟件計算一下

    由上圖可知,參考平面對傳輸線的單位長度有效電感的影響是很大的。可以想象,在高頻條件下,如果信號擁有很好的回流路徑,那么它所感受到的回路電感就會很小,信號就會按照人們的意愿從發射端傳輸到接收端,如果信號感受到的回路電感很大就會產生輻射問題。

    小結

    在低頻的時候,可以不考慮電磁干擾的問題,低頻時導線周圍的電磁場變化沒有那么強烈,導線的電感效應也不會表現的那么明顯。但是到了高頻,電磁場變化劇烈,應該充分考慮信號路徑與返回路徑的耦合問題,利用信號路徑與返回路徑的耦合來減小整個回路的電感,控制導線向空間發射的電磁能量。以上就是電磁輻射的一些解析,希望能給大家幫助。

    

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