摘要：EMC 就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。广义的电磁兼容控制技术包括抑制干扰源的发射和提高干扰接收器的敏感度，但已延伸到其他学科领域。重点在单板的 EMC 设计上，附带一些必需的 EMC 知识及法则
上一篇文章，主要讲解了PCB板内的EMC
【PCB_121】PCB设计中的EMC
本文重点讲解，PCB与外界的EMC问题：
电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。
EMC 就围绕这些问题进行研究。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断干扰的传输途径。广义的电磁兼容控制技术包括抑制干扰源的发射和提高干扰接收器的敏感度，但已延伸到其他学科领域。重点在单板的 EMC 设计上，附带一些必需的 EMC 知识及法则。在印制电路板设计阶段对电磁兼容考虑将减少电路在样机中发生电磁干扰。问题的种类包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射和通过由互连布线和印制线形成的回路拾取噪声等。
在高速逻辑电路里，这类问题特别脆弱，原因很多：
1、电源与地线的阻抗随频率增加而增加，公共阻抗耦合的发生比较频繁；
2、信号频率较高，通过寄生电容耦合到步线较有效，串扰发生更容易；
3、信号回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长相比拟，辐射更加显著。
4、引起信号线路反射的阻抗不匹配问题。
PCB的辐射
PCB 上有许多信号环路，由中有差模电流环也有共模电流环，计算其辐射强 度时，可等效为环天线。
虽然很多场景下，我们电路板都是用金属外壳屏蔽起来，但是接口处有泄漏，有些场景没有金属外壳，甚至有些场景是没有外壳的。 我们仍然需要考虑PCB板本身产生的对外辐射通过空间耦合影响到其他电路（EMI）。或者自身来自其他的设备的干扰造成工作异常，例如机电设备中，机器人主板受到电机、继电器、舵机等设备的干扰。情况。
线缆的辐射
高频信号的特性
高频信号（如HDMI的视频信号、USB的数据信号等）具有较高的频率成分，容易通过线缆产生辐射。高频信号的上升沿和下降沿非常陡峭，会产生丰富的谐波成分，这些谐波成分容易耦合到线缆中并辐射出去。
线缆的天线效应
线缆本身可以作为天线，将高频信号的能量辐射到外部环境中。尤其是长线缆或未屏蔽的线缆，辐射问题更为严重。
信号回路面积过大
如果信号的回路面积较大（例如，信号线与地线之间的环路较大），则线缆更容易成为辐射源。根据法拉第电磁感应定律，环路面积越大，辐射强度越高。
接地问题
如果PCB或线缆的接地不良，高频信号的回流路径阻抗增加，导致更多的能量通过线缆辐射出去。
线缆屏蔽不足
如果线缆没有屏蔽层或屏蔽层设计不合理，高频信号会更容易通过线缆辐射到外部。
1. HDMI辐射问题原因：HDMI线缆传输的是高速视频信号（如4K、8K视频信号），频率可以达到数百MHz甚至GHz。这些高频信号容易通过HDMI线缆辐射，导致EMC问题。
表现：HDMI线缆可能会影响附近的无线设备（如Wi-Fi、蓝牙设备），甚至导致产品无法通过EMC测试。
解决措施：
使用高质量的屏蔽HDMI线缆（如带屏蔽层的同轴电缆）。
在PCB上增加滤波电容或滤波器，抑制高频信号的辐射。
优化HDMI接口的设计，减少信号回路面积。
使用仿真工具（如ANSYS或CST）模拟HDMI线缆的辐射情况，提前发现问题。
2. USB辐射问题原因：USB接口传输的数据信号频率较高（如USB 3.0的信号频率可达5GHz），这些高频信号容易通过USB线缆辐射。
表现：USB线缆可能对附近的无线设备产生干扰，甚至导致设备无法正常工作。
解决措施：
使用带屏蔽层的USB线缆。
在USB接口处增加滤波电容或铁氧体磁环，抑制高频信号的传播。
优化USB信号的回路设计，减少信号回路面积。
确保USB线缆的屏蔽层在两端正确接地。
1. 优化PCB设计信号回路面积：尽量减小信号线与地线之间的回路面积，避免长平行线导致的串扰。
地平面设计：确保PCB上有一个完整的地平面，帮助高频信号快速回流，减少辐射。
去耦电容：在电源引脚和地之间添加去耦电容，抑制高频噪声。
2. 使用屏蔽线缆屏蔽层：选择带有屏蔽层的线缆（如屏蔽双绞线或同轴电缆），减少信号的辐射。
屏蔽层接地：确保屏蔽层在两端正确接地，避免形成悬浮的屏蔽层。
3. 增加滤波器低通滤波器：在PCB和线缆的连接处添加低通滤波器或EMI滤波器，抑制高频信号的传播。
铁氧体磁环：在线缆上缠绕铁氧体磁环，可以有效抑制高频噪声。
4. 合理设计线缆布局避免长线缆：尽量缩短线缆长度，减少信号在传输过程中的辐射。
分开排列：将不同类型的线缆分开排列，避免高频线缆与敏感线缆平行靠近。
总体概念及考虑
1、五一五规则，即时钟频率到 5MHz 或脉冲上升时间小于 5ns，则 PCB 板须采用多层板。
2、不同电源平面不能重叠。
3、公共阻抗耦合问题。
模型：
为电源 I 2 流经地平面阻抗 Z G 而在 1 号电路(Zs1环路)感应的噪声电压。
由于地平面电流可能由多个源产生，感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电的抗扰度。
解决办法：
①模拟与数字电路应有各自的回路，最后单点接地；
②电源线与回线越宽越好；
③缩短印制线长度；
④电源分配系统去耦。
4、减小环路面积及两环路的交链面积。
5、一个重要思想是：PCB 上的 EMC 主要取决于直流电源线的 Z0
布局
下面是电路板布局准则：
1、 晶振尽可能靠近处理器
2、 模拟电路与数字电路占不同的区域
3、 高频放在 PCB 板的边缘，并逐层排列
4、 用地填充空着的区域
布线
1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一面。
2、为模拟电路提供一条零伏回线，信号线与回程线小于5：1。
3、针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。
4、手工时钟布线，远离 I/O 电路，可考虑加专用信号回程线。
5、关键线路如复位线等接近地回线。
6、为使串扰减至最小，采用双面＃字型布线。
7、高速线避免走直角。
8、强弱信号线分开。
屏蔽
1 常用的屏蔽材料均为高导电性能材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔。钢板或金属镀 层、导电涂层等。
2 静电屏蔽主要用于防止静电场和恒定磁场的影响。应注意两个基本要点，即完善的 屏蔽体和良好的接地性。
3 电磁屏蔽主要用于防止交变磁场或交变电磁场的影响，要求屏蔽体具有良好的导电 连续性，屏蔽体必须与电路接在共同的地参考平面上，要求 PCB 中屏蔽地与被屏蔽电路地要 尽量的接近。
4 对某些敏感电路，有强烈辐射源的电路可以设计一个在 PCB 上焊接的屏蔽腔，PCB 在 设计时要加上“过孔屏蔽墙”，就是在 PCB 上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。要求 如下：
a) 有两排以上的过孔；
b) 两排过孔相互错开；
c) 同一排的过孔间距要小于λ/20；
d) 接地的 PCB 铜箔与屏蔽腔壁压接的部位禁止有阻焊。
5 屏蔽模型：
6、工作频率低于 1MHz 时，噪声一般由电场或磁场引起，(磁场引起时干扰，一般在几百赫兹以内)，1MHz 以上，考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC 模块等。更大的涉及单板间、子
架、机架的屏蔽。
7、静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电
磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须闭合。磁屏蔽
要求高磁导率的材料做封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产
生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，三
者可以统一，即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。
8、对低频，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高
磁导率的材料(如镀锌铁)。
9、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。
10、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸
11、PCB边缘屏蔽：
PCB边缘屏蔽及高速差分线EMI分析及设计规则
屏蔽孔：PCB周边一圈屏蔽孔间距不超过100mil；电源平面或者走线不得超过屏蔽孔。
接地
1、300KHz 以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围 50KHz～
10MHz。另一种分法是：
2、好的接地方式：树形接地
3、信号电路屏蔽罩的接地。
接地点选在放大器等输出端的地线上。
4、对电缆屏蔽层，L
则采用多点接地，一般屏蔽层按 0.05λ或 0.1λ间隔接地。混合接地时，
一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。
5、对于射频电路接地，要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。
最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是λ/4 波长的奇数倍时，
阻抗会很高，同时相当λ/4 天线，向外辐射干扰信号。
6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。
7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。
滤波
1、选择 EMI 信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通
滤波器、连接器滤波器。从电路形式分，有单电容型、单电感型、L 型、
π型。π型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。
一个典型信号的频谱：
2、选择交直流电源滤波器抑制内外电源线上的传导和辐射干扰，既防止 EMI
进入电网，危害其它电路，又保护设备自身。它不衰减工频功率。DM(差
摸)干扰在频率 1MHz 时，占主导地位。
3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及
寄生振荡的抑制。
4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC 转换器的输出进行滤波(uF)。
注意减小电容引线电感，提高谐振频率，高频应用时甚至可以采取四芯电容。
电容的选取是非常讲究的问题，也是单板 EMC 控制的手段。
其它
单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的 EMC 控制，从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗干扰等。一个机器的孕育及诞生实际上是 EMC 工程。最主要需要工程师们设计中注入 EMC 意识。
来源：硬件十万个为什么