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PCB的干扰源

加油射频工程师

1年前浏览538

一直很想学习一下这本书，以前也看过一阵，但是后来中间又暂停了。现在想想是个契机，因为想在公众号上输出，正好用这本书的学习作为输入。

因为自己本身也在学习中，所以，可能总结的也不算透彻。但是希望等把书籍学完的时候，自己对接地的认识会上一个台阶。

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所有的EMI问题都是从PCB上开始，然后在PCB上结束，虽然有点夸张，但是在PCB设计中，EMI问题是一个最让人头疼的问题。

复杂的PCB板，是一个非常紧凑的电子系统，在一块PCB板上会有不同类型，大大小小的各种器件。

而这些器件，加上PCB上的线路，使得电子系统得以工作。

近几十年来，PCB板材的性能越来越好，可以支持更高的频率，可以获得更低的损耗。

PCB的加工技术也越发成熟，可以加工的堆叠层数越来越多，钻孔技术也越来越精湛，孔径越来越小。

但是，PCB的基本结构没有发生改变，还是主要由芯板和半固化片堆叠而成。

以前简单的PCB板，可能只是要求功能正常，但是，当今，随着周围电子环境越来越复杂，EMI性能也越来越受关注。

而且，PCB的复杂程度越来越高，特别对于数字硬件电路，因为其微处理器的功耗越来越大，时钟频率越来越高。

如果PCB设计不当，则板子的EMI性能则会达不到预期。

有专家，对半导体器件和封装的辐射机制以及超大规模集成电路（VLSI）对电路辐射EMI影响做过研究，发现这样一个现象。

就是，大多数VLSI器件太小，以至于不会是辐射EMI的直接来源。

也就是说，辐射EMI不是直接来自于VLSI器件本身，而是来自于从这些器件耦合过来的噪声。

这种耦合主要通过三种途径：

(1) 耦合到散热器

(2) 耦合到传输线上

(3) 驱动PCB板上的参考平面

与现代PCB相关的干扰机制主要包括：

EMI(发射和敏感性)和串扰(PCB 上的干扰)。

串扰通常是EMI的主要贡献者。

不良的PCB布局可能会增加内部噪声电路和I/O线路的耦合，从而“输出”EMI，即电磁发射。

反过来，通过I/O线“输入"到PCB中的干扰，将耦合到内部敏感电路，导致其不希望的响应，即电磁敏感性。

信号完整性与EMI和串扰相关，因为PCB上的信号失真(信号完整性差)会耦合到相邻的信号线(即串扰)，并可能由于高频谐波而导致PCB的EMI性能恶化。

因此，在PCB上观察到以下几种常见的干扰机制：

(1) 通过由多个电路共享的电源及相关导体的共用阻抗耦合

(2) 通过由多个电路共享的回流导体的共用阻抗耦合

(3) 高速传输线不匹配，导致反射

(4) 相邻传输线之间的串扰耦合，而这两根传输线属于不同的电路

(5) 高增益模拟放大器之间的辐射串扰耦合

(6) 电路内感性负载切换导致的瞬态噪声，耦合到相邻电路

(7) 电源产生的噪声进入敏感电路

在EMI和信号完整性背后的主要因素是时变或者瞬态电流，这些存在于PCB的电源电路和信号传输线中。

PCB内EMI相互作用的强度取决于电路中电流的大小，电路之间的耦合效率，特别和他们的频率分量相关。

如果考虑的是电流，那么就暗示了往返路径的存在。

电流遵循闭环路径，从电源，通过元器件，然后再返回。

对于信号和电源电路都是如此。

因此，为了获得优良的PCB EMI性能，需为电源和信号提供低阻抗返回路径。

参考文献：Grounds for grounding

来源：加油射频工程师

电源电路信号完整性半导体电子

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首次发布时间：2023-06-03

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