掀起PCB板电磁相容的“盖头”之二——为何要控制线路板磁通量

“变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场”这就是电磁波产生和传输的原理。由于变化的电流在其流经的线路上有磁通量的变化而产生的变化的磁场，因为这引入了电磁干扰是我们电子工程师最头疼的事。那么从根源上来说控制PCB板的磁通量就是预防PCB板电磁干扰的重要手段。

在我们画板子的时候，经常听到一句话就是使回路尽量变小。现在来看下简单的解释。

如上图左侧的PCB板走线示意图，利用电磁场知识可以知道(如果走线回路的信号频率够高)，那么这个PCB板就成了一个很好的天线，PCB板设计变得一塌糊涂。而右侧走线产生电磁干扰就小的多，这就是线路板磁通量最小化的思想(也就是我们常说的回路最小化)。

在进行设计时使用镜像平面是一个很好的选择，它能够有效消除电源或地平面产生的干扰对电子电路所造成的影响。镜像平面就是指构成回流的平面，比如大多数电平下的电源与地平面，但也有电源与电源平面成镜像平面的，比如RS232电平等。镜像平面也可看作差分信号，差分信号对共模干扰有很好的抑制作用，镜像平面间距要尽量小。如果是双面板或者单面板，双面铺铜并且多打过孔是个很好的方法。一般不要将两个不相关的电源平面层叠在一起，特别是电压差比较大时，否则由于电容耦合的作用电源相互干扰会变得严重。不管PCB板布线时设计得多么好，磁场和电场都永远存在，但是，如果减少或者消除了磁通量，则EMI就变得很小或者不存在了。

在设计PCB板时，通过良好的走线来减少板子信号线环路(减小信号线产生的磁通量)从而减小干扰，我总结了以下几个方法：

1、多层PCB板设计时依据多层板叠层设置和信号线阻抗控制。对于4层PCB板顶层、电源、地和底层，这样一方面极大程度地解决了电磁干扰问题，提高了系统的可靠性，另一方面可以提高导线的布通率，缩小PCB板的面积。6层板通常是在4层板的基础上增加了2两个信号层。8层板通常包括1个电源层、两个地线层、5个信号层。对于层的设置，网络上有丰富的资料，或者留言讨论。对于走线的阻抗控制，我们常用SI9000进行设计；

2、将时钟走线靠近尽量短和靠近地，对于多层板不要走关键信号线。单面和双面板可以使用接地走线或保护走线；

3、对于射频芯片或者高频率芯片可以采用法拉第电笼的方法将其屏蔽接地，只留出输入输出和电源连接外部；

4、选择合适的元件模块，将工作频率集中在较窄的频带，通过硬件处理来降低电磁干扰；

5、对于射频电路，使用较低的驱动电压来降低走线的射频电流，进而达到减小信号回路磁通量的效果；

6、降低接地噪声电压，这样可以为回传电流提供一条增强的路径，将映像电流映射回电流源；

7、针对大的容性负载，注意去耦合电路的使用；

8、适当的引入数据线路滤波器和共模扼流圈，这样可以大大改善板子的电磁特性；

9、注意使用旁路电容，去耦电容，但是这并不是说越多越好。

当然，针对PCB板内部电磁干扰利用以上的方法可以很好的解决，但是还有其他的原因也可以引起电磁干扰，例如：在电路和I/O连线之间有共模和差模电流存在、接地回路会产生一个磁场结构、组件会辐射和阻抗不匹配等等。如果设计出来的PCB板有电磁干扰，通过模块测量的思想找到干扰源，采用有针对性的解决方案达到消除电磁干扰的目的。