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如何快速解决PCB设计EMI问题

钱傲峰?? 2013年02月22日 ?? 收藏2
随着电子系统的复杂度越来越高,EMI问题也越来越多。为了使自己的产品能达到相关国际标准,设计人员不得不往返于办公室和EMC实验室,反复地测试、修改设计、再测试。这样既浪费了人力,物力,也拖延了产品的上市时间,给企业带来不可估量的损失。于是,如何在产品设计的阶段就及时发现EMI问题变得重要。PCB布局、布线以及电源层的处理对整个电路板的EMI问题有着非常重要的影响。本文将通过实例分析讨论如何利用EMIStream来解决板级EMI问题。

电磁干扰(EMI)分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号,通过导电介质或公共电源线互相干扰。辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号,通过空间耦合传给另一个电路网络或电子设备,

在PCB电路板中,电磁能的存在有两种形式,即差模EMI和共模EMI。当器件输出的电流流入一个负载时,就会产生差模EMI。当电流流经多个导电平面,如PCB上的导线组或电缆,就会产生共模EMI。图1给出了差模EMI和共模EMI的示意图。

如何快速解决PCB设计EMI问题

其中,I表示电流强度,f表示共模电流的频率,L表示电缆线长度,d表示测量天线到电缆的距离。

解决EMI的主要方法是减少电路板上由各种原因产生的辐射能量,而控制EMI的关键,是降低电源地平面谐振和电路回流的路径阻抗,并正确放置旁路和去耦电容。

本文使用EMIStream工具对板极EMI问题进行分析。EMIStream工具的两大主要功能是支持PCB板全部网络的EMI分析以及电源谐振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI设计经验开发的应用软件,可以用于Cadence、Mentor Graphics、Zuken和Altium等公司的设计工具中的各种PCB设计流程,在PCB制造之前解决EMI问题。EMIStream软件内建13条经典EMI检查规则,均经过日本NEC内部产品实际设计结果验证,每个检查规则的设置值是经过实际验证的最佳理论值。

1.EMIStream分析流程

图2是使用EMIStream对电路板进行分析的设计流程。EMIStream嵌入在PCB设计的全过程,在设计阶段解决EMI问题有利于减少反复设计的次数。

如何快速解决PCB设计EMI问题

2.布局的EMI检查

A)当完成布局后,把Allegro数据直接导入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB设计工具也都有接口,保证数据的完全导入。

B)设定层叠信息,根据PCB板的层叠信息,填写入EMI。

C)根据电路的设计数据,正确填写电路中相关NET的频率、串扰组、差分对、电源地信号的设置。

D)设置规则的参数,我们选择采用默认参数,同时选择长度检查和最大辐射值检查项目对该板实施检查。

检查结果以对话框的形式显示出来,用户点击错误提示,查看有问题的NET,然后采用下面两个方法来消除EMI问题:(1)调整零件的布局位置,减少NET总的长度;(2)调整网络的拓扑结构,减少共模辐射的强度。

3:布局布线中和完成以后的EMI检查:

A:当布局布线完成后,实施整板网络检查,通过NET Parameter选择需要检测的所有关键信号,比如时钟、数据、地址线、差分对等,同时可以任意选择13条规则作为EMI检查的基准。

B:13规则包括传导辐射分析用的2个规则、电流回路分析用的3个规则、电源和地层分析的2个规则、信号完整性分析的4个规则、元件布局分析的2个规则。

C:检查结果以对话框的方式显示出来,按照网络的EMI问题的严重程度从上到下逐一列出。打开每一条出错网络,将列出全部EMI出错信息(错误列表),有的出错信息还会显示修改提示,最后列出该网络的最大辐射值以及差模辐射共模辐射值;同时,该网络在PCB版图上将高亮度显示,所有错误用红圈在网络上标出(图3)。

如何快速解决PCB设计EMI问题

图3:检查结果以对话框的方式显示出来,出错网络在PCB版图上将高亮度显示,所有错误用红圈在网络上标出。

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电源谐振? EMC? EMI? PCB设计?

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