PCB分层堆叠设计在抑制EMI辐射中的策略与技巧

"本文主要探讨了通过PCB分层堆叠设计来控制电磁干扰(EMI)辐射的方法，强调了电源汇流排和去耦电容在抑制EMI中的重要性，并提供了关于优化电源层设计的建议。" 在电子设备设计中，电磁兼容性(EMC)是一个至关重要的考虑因素，而电磁干扰(EMI)是影响EMC的主要问题之一。EMI不仅可能导致设备内部功能紊乱，还可能干扰其他电子设备的正常工作。为了解决EMI问题，工程师们采取了多种策略，如使用EMI抑制涂层、选择合适的EMI抑制元件以及进行EMI仿真设计。本文特别关注的是基础的PCB设计，尤其是PCB的分层堆叠如何影响EMI的控制。 首先，文章指出电源汇流排的优化对于抑制EMI至关重要。在集成电路(IC)的电源引脚附近配置适当容量的电容可以快速响应IC输出电压的变化，但这并不足以在整个频率范围内提供清洁的驱动。由于电容的频率响应限制，电容不能消除所有不必要的谐波功率。同时，电源汇流排上的瞬态电压会在去耦路径的电感两端产生电压降，成为主要的共模EMI干扰源。 为了解决这些问题，文章建议将IC周围的电源层视为高频电容器，用于收集由分立电容器泄漏的能量，以提供干净的输出。电源层的电感应尽可能小，以减少瞬态信号和共模EMI。此外，电源层到IC电源引脚的连接应尽可能短，最好直接连接到焊盘上，以减少信号上升沿的影响。 在设计电源层时，层间距、层间材料以及工作频率都是关键因素。通常，6mil的层间距和FR4材料每平方英寸的等效电容约为75pF。随着IC上升时间的缩短，如100到300ps，可能需要更小的层间距（例如小于1mil）和高介电常数的材料，如陶瓷和加陶塑料。对于当前常见的1到3ns上升时间的电路，3到6mil的层间距和FR4材料通常是足够的，但仍需考虑高端谐波的处理和瞬态信号的降低，以有效控制共模EMI。 通过优化PCB的分层堆叠设计，特别是电源层的设计，可以显著降低EMI辐射，提高设备的EMC性能。这涉及到精确布局、选择适当的材料以及理解和应用电容和电感的基本原理。设计师需要根据具体的应用场景和IC技术的发展趋势，不断调整和改进设计策略，以应对更高速度和更低EMI的需求。