电磁兼容干扰原理及PCB EMC设计准则是什么

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PCB 电磁干扰原理
电子产品单板PCB对外产生的干扰既可能是差模干扰，也可能是共模干扰。产生干扰的原因是单板PCB上存在着对应的共模（CM）干扰电流和差摸（DM）干扰电流。单板上产生的干扰以传导或辐射的方式对外形成发射，从而导致产品EMC问题。

共模干扰电流与差模干扰电流如下面两个图所示:

对于共模干扰（Common-mode）电流，是指两导线上的干扰电流振幅相等，而方向相同。如下图所示，在通过分布参数，与地参考平面形成了共模环路，就有共模电流在环路流过。

对于差模干扰（Differential-mode）电流，是指两导线上的干扰电流，振幅相等，方向相反。如下图所示，差分信号对之间的电流以及信号和其对于的地上回流，就属于差模电流。

根据电磁场理论，差摸干扰电流，信号和回流电流都是相互反方向的，差摸电流存在180度的相位差，因此差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积之内，而回路面积之外的磁力线会相互抵消。共模电流方向是相同的，在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相同，磁场强度反而加强。通常产品对外的干扰多以共模为主。

要精确计算PCB对外的辐射很难，业界通常根据PCB上差模电流和共模电流近似的辐射天线模型，来计算对外干扰的场强大小，即PCB中辐射出来的RF能量。

PCB单板上有许多信号环路，如信号与信号地之间环路，电源与其相应地之间的环路，都

是差模电流环路。计算差模辐射强度时，可以近似等效为环天线模型。

环天线模型的辐射强度由下式计算：

E=263*10-16f2AI/r

其中

E:电场强度(V/m); f :电流的频率(MHz);A:电流的环路面积(cm2);I :电流的强度(mA)

r :测试点到电流环路的距离(m)

PCB单板上也存在共模信号环路，如外接电缆与大地之间的环路，就是共模电流环路。计算共模辐射强度时，可以近似等效为单级天线模型，也有称为棒天线模型。

单极天线模型的辐射强度由下式计算：E=12.6*10-7fIL/r

其中

E:电场强度(V/m);f :电流的频率(MHz); L:电缆的长度(m)I :电流的强度(mA)

r :测试点到电流环路的距离(m)

由于在PCB单板上存在差模干扰和共模干扰，在PCB布局与布线时，需要根据上述干扰的原理，尽量减小差模信号环路面积，减小共模电流，来降低单板PCB对外的干扰。

PCB EMC设计原则
根据电磁兼容要求，产品需要通过PCB设计，来降低单板对外的电磁干扰，同时需要抑制外来的电磁干扰。因此在PCB设计时需要注重以下几个大原则：

1、需要减小单板的走线长度以及走线差模环路面积，因为差模环路面积越大，对外的干扰越大，同时单板的抗干扰能力也越弱；

2、注意单板的地设计，需要降低单板的地阻抗，减小单板的共模电压幅度，降低对外的辐射干扰，同时降低外来干扰在单板上形成的共模电压差；

3、注意强干扰模块与其他数字电路以及模拟电路的距离，因为距离越远，相互之间干扰耦合越小；

4、注重元器件的布局和走线设计，因为单板PCB走线在高频电磁干扰情况下，就是天线，容易导致对外的辐射以及耦合外来干扰。

PCB EMC设计流程与步骤

根据单板的特点，在PCB设计时，按照如下顺序进行：

1、首先了解PCB上功能实现原理，根据不同的电路功能进行模块的划分；

2、了解PCB上各个功能电路之间的连接关系，考虑走线的顺畅；

3、确定PCB上各个功能模块内主要器件的位置摆放；

4、确定PCB上地分割以及地之间的连接关系；

5、进行重要功能器件以及滤波器件的布局；

6、进行单板的布线设计。

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