用于改善 EMC 的 PCB 设计的原理介绍

本应用说明适用于具有 PCB 设计基础知识以改进 EMC 的硬件和/或 PCB 设计人员。基本上解释了大多数设计规则的背景，但详细解释会使应用笔记的结构超载。市场上有大量关于 EMC、屏蔽、布线等系统设计的文献。因此，EMC 的这些方面在这里只涉及很少的部分。本应用说明针对 NEC 微控制器附近 PCB 设计的详细方面。

介绍

如今，随着趋势的增加，大多数汽车、消费和工业应用通常都包含一个或多个微控制器。通常几个电子模块构建一个应用系统，当然几个应用程序和/或系统可能在附近运行。由于电子应用数量的增加，它们在任何给定环境中的密度都在增加。因此，如下图 1 中的曲线 1 所示，在给定地点长时间观察到的环境电磁噪声会增加。只要电子设备在任何给定时间点的抗扰度高于环境电磁噪声，其功能就不会受到影响。

首先，优秀的EMC设计的基础是良好的电气和机械设计原则的应用。这其中包括可靠性考虑，比如在可接受的容限内设计规范的满足、好的组装方法以及各种正在开发的测试技术。

一般来说，驱动当今电子设备的装置要安装在PCB上。这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的元件和电路构成。因此，PCB的EMC设计是EMC设计中的下一个最重要的问题。有源元件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在EMC设计时加以考虑。一些PCB元件还需要进行屏蔽。

再次，内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。因此，包括走线方法和屏蔽的内部电缆EMC设计对于任何给定器件的整体EMC来说是十分重要的。

长期环境噪声发展

很明显，如果达到的交叉点 P，整个电子市场就会崩溃。因此，电子市场必须采取措施提高电子系统的电磁兼容性 (EMC)，从而不断将 P 点推向时间线上的无穷大。

从 EMC(电磁兼容)设计的角度出发，PCB 板的 EMC 设计是 EMC 系统设计的基础。而 PCB 板 EMC 设计的开始阶段就是层的设置，层设计形式的不合理，就可能产生诸多的噪声而形成 EMI 干扰和自身的 EMC 问题，所以合理的层布局与电路设计同样重要。

要使 PCB 系统的层布局达到其电磁兼容性要求，通常系统层布局需要从三点出发：相应的功能模块分布;综合单板的性能指标要求;成本承受能力。PCB 板层就是由电源层、地层和信号层组成。层的选择、层的相对位置以及电源、地平面的分割分布将对 PCB 板的布线、信号质量、接口电路的处理以及对单板的 EMC 指标起着至关重要作用，也直接影响到整台设备的电磁兼容性。

背景

电磁兼容性 (EMC) 是从相反方向观察的两个类似问题的通用术语。电磁辐射 (EME) 描述了当被测设备 (DUT) 是噪声源时的影响，而电磁敏感性 (EMS) 描述了当 DUT 成为噪声的受害者时的影响。根据 NEC Electronics (Europe) GmbH(以下简称 NEC EE)的经验，EMC 相关客户支持的主要要求是 EME 问题。因此本应用笔记中的描述主要使用EME-view。然而，仅从相反的方向来看，此处描述的大多数措施也适用于 EMS。

· 直接半导体远场发射

· 发射可能以辐射或传导方式发生，后者表现为噪声电压或噪声电流。众所周知，微控制器等半导体设备是 EME 的来源。众所周知，越靠近噪声源，EME 对策越便宜。由于大多数规范的辐射 EME 测量都是针对远场 (r > λ) 定义的，因此本应用笔记将从半导体器件直接发射到远场的观点开始。导线中的任何电流都会引起远场发射。为了了解最大预期半导体发射水平，应计算直线(赫兹偶极子)和具有极端参数的电流回路的最坏情况发射。

· 直导线(赫兹偶极子)

· 根据 [1] 在自由空间(周围无导电材料)中，在距离“r”处测得的最大电场“E”由波长为“λ”的电流“i”在 a 中流动引起长度为“l”的导线可以计算如下：

[tex]E= frac {Z_{0} 乘以 i hspace {1mm} 乘以 l}{2 hspace {1mm} 乘以 r hspace {1mm} 乘以 lambda}[/tex]