干货分享！电源PCB布板与EMC的关系

电源PCB布板与EMC(电磁兼容性)的关系主要体现在布局、走线、地线设计等方面对电磁干扰的控制。以下是关键要点：

环路面积优化

PCB中的电流环路面积越大，电磁辐射和干扰风险越高。开关电源的主功率环路(如开关管的通断环路)是主要干扰源，布线时应尽量缩小环路面积。

滤波器布局

滤波器需精准布局以发挥效果：

X电容和Y电容需单独走线，避免与主功率线混淆

输出端套磁环可有效抑制高频干扰(如整流管引起的高频超标)

地线设计

关键信号地(如CS脚、FB反馈)需单点接地至IC

散热器接地不良会影响EMC性能，需确保接地点可靠 ‌

器件间距与隔离

将敏感器件(如控制芯片)与高噪声器件(如功率开关)分开布局，并保持足够间距，可提升系统抗干扰能力。 ‌

安规距离

符合安规要求的电气间隙和爬电距离既能保证设备安全，又能减少电磁干扰风险。

在PCB设计中，电磁兼容性(EMC)至关重要，它直接影响到整个项目的成功与否。为了深入探讨这一关键问题，我们之前已经发表了两篇文章，对EMC的多个方面进行了全面的剖析。接下来，本文将聚焦于电源部分的设计，详细探讨其在EMC方面的考量。

01电源EMC设计的重要性在MCU硬件系统中，电源和接口的硬件设计占据着举足轻重的地位，它们不仅是系统正常运作的基础，更是确保系统稳定性的关键。同时，这两个部分的EMC设计也常常成为产品和项目中容易出现问题的焦点。因此，深入理解和妥善处理电源与接口的EMC设计和布局布线问题，对于确保MCU硬件系统的整体性能至关重要。

电源与接口在MCU硬件系统中的重要性

在MCU硬件系统中，电源和接口的设计直接影响到系统的稳定性。电源与接口的EMC设计容易出现问题，这需要我们深入了解和妥善处理。

【电源EMC设计要点】

在MCU硬件系统设计中，电源电路的选择至关重要。常见的电源类型包括LDO和DC-DC Buck/Boost电路。电源电路选择影响系统性能，需在低ESR电容和电感的选择，以及PWM-PFM模式切换等方面进行周密考虑。

LDO电源电路以其低纹波、快负载响应、低静态功耗和优异的噪声抑制比等特点受到青睐，但同时也面临着Vdrop压降和转换效率的挑战。

DC-DC Buck/Boost电路则以其高转换效率、宽输入电压范围和大输出电流等特点受到欢迎，但需注意其开关特性带来的纹波噪声、负载响应速度和外围电路成本等问题。

在电磁兼容性方面，设计时需精心选择低ESR的电源输出电容，以降低纹波并提升负载响应速度;同时，选择低ESR且带shield屏蔽的电感，以进一步减少纹波和EMI噪声。此外，根据负载需求和动态变化，合理切换PWM-PFM工作模式也是关键。在PWM模式下，纹波噪声得到控制，重负载时效率优越;而在PFM模式下，静态功耗降低，轻负载时效率提升，且负载响应迅速，尽管纹波噪声相对较大。

在电源电路的PCB Layout设计阶段，遵循一系列布局布线规则至关重要。以下是一些需要注意的重点：

【电源EMC设计】

接口与电源在EMC设计中需要严密的处理，以确保系统的稳定性。在MCU系统中，电源与接口的EMC设计直接关系到系统的整体性能。

【电源EMC设计优化】

在MCU系统中，电源与接口的EMC设计优化是提升系统稳定性的重要步骤。其设计和布局布线规则需要严格遵循。

02电源电路PCB Layout设计

▍ 1.电源电路布局布线规则

在PCB Layout设计中需遵循小容值电容靠近电源端、大小电容有序排列等规则，以减少回流路径阻抗。以下是具体的布局布线规则要点：

小容值电容应紧密靠近电源输入或输出端放置，之后依次为大容值滤波电容。

滤波电容的摆放位置至关重要，应确保其位于电源输入或输出端与芯片电源引脚之间的直线上。

减少回流路径的长度。应尽量缩短滤波电容的GND引脚与芯片GND引脚之间的距离，以降低GND网络阻抗。

增加电源输入或输出端的过孔数量，减少电源阻抗，也是优化设计的重要手段。

▍ 2.内电层电源设计

采用内电层设计可降低电磁干扰，但需注意电源层分割、过孔优化和隔离要求等细节：

电源层分割：在规划PCB电路板时，应确保电源层在边缘处向内缩进，相对于GND层形成内缩。这样设计有助于减少PCB电路板的电磁干扰(EMI)辐射。

过孔优化：当分割电源层或走线时，应尽量减少避空的过孔数量，以确保电源平面或电源线的阻抗保持较低。

隔离要求：在需要高隔离的电路，如RS485电路中，采用光耦隔离电路来提升板级隔离度。

电源滤波：当电源层的电源域需要换层时，应在附近位置放置电源滤波电容，并增加过孔数量。

033.接口电路EMC设计考量

▍ 1.接口EMC设计策略

在产品设计过程中，为了满足不同客户的应用需求，我们常常需要设计诸如USB、HDMI、RJ-45、RS422/485以及音频输入等接口。这些接口的设计需兼顾功能性和EMC要求，以RS485接口为例，需要加入光耦隔离并优化GND分割。

首先，在电路设计中加入光耦隔离。

其次，采用单点接地的方式，在每一层GND都进行信号板级GND和接口GND的分割处理，并确保足够的分割间隙。

最后，尽可能缩短跨越GND分割间隙的走线长度。

PCB(Printed Circuit Board)在控制EMI(Electromagnetic Interference)辐射中具有重要的作用。下面介绍PCB在控制EMI辐射中的作用和设计技巧。

1. PCB的独立层：通过将电源、信号和地平面分别布局在不同的PCB独立层上，可以在PCB内部形成稳定的参考地平面，在一定程度上降低高频信号的EMI干扰。

2. 地平面：在布局PCB板的过程中，应尽量保证地平面的完整性。一个连续的地平面可以提供减少EMI噪声的路径，能够接收和吸收来自电路中高频信号的辐射。同时还要注意避免地平面与其他信号层采用共享导线和共用构件这会导致互相干扰。

3. 电源线与地线的布局：电源和电池回路应直接连接到共地平面。在布置时，尽量使地线能大面积的接触到相应的电路板地面。在引入电源线的元件上，应引入电源滤波电容或瞬态压抑二极管等器件，以抑制EMI噪声。

4. 确保信号线与电源线的物理隔离：保持信号线和电源线的物理隔离，可以减少由于共振、耦合、串扰等产生的EMI噪声。在布局时，尽量将高频信号线与低频信号线、电源线分离，避免交叉运行。

5. 使用屏蔽罩和滤波器：通过添加铜箔屏蔽罩、滤波器、压制器等措施，可以减少电磁波的干扰和辐射。铜箔屏蔽罩可以将高频电磁波封闭在PCB中，从而减少EMI辐射;滤波器和压制器可以过滤掉噪声产生的EMI干扰信号。