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技术专题
电路设计性能优化对EMC的控制
电磁干扰（EMI）可能会对电路板的预期操作和性能造成严重问题。要管理这种干扰，就需要将板上的电路设计为与板上或附近电子设备中的其他电路电磁兼容（EMC）。我们将仔细研究这意味着什么，以及一些优化设计以实现好的EMC电路性能的技术。是的，我还有那个午餐盒。我只是在等待它的价格在eBay上提升以获得丰厚的回报。
电磁干扰可以在印刷电路板上以不同的方式产生，并且可以通过空气辐射或由板材料传导。EMI的来源包括如何配置板层堆叠，如何放置零件以及使用了哪些技术布线。如您所见，良好的电路布局技术对于控制这些EMI辐射至关重要，这反过来又可以防止它们污染其他电路或附近的设备。为了使电路和附近的设备一起工作，整个EMI防护过程称为电磁兼容性。
所有这一切的目的是创建一种可以通过所需标准和测试的电路板。有通用标准，产品标准和产品系列标准。电路板要测试的标准取决于其功能和应用程序。例如，设计用于汽车用途的电路板具有多种标准要满足，例如CISPR 12和CISPR 25以及ISO 11451和ISO11452。在汽车环境中，可能有数百种不同的汽车系统创建窄带和宽带发射。电路板必须能够正常运行，而不会受到该环境的排放的影响，并且必须不会污染附近的其他系统。
接下来，我们将研究电路板上可能产生EMI问题的某些潜在设计领域。
如前所述，电路的布局方式对于EMC的控制效果至关重要。让我们将其分为三个不同的区域：
板层结构
电路板由导电和非导电材料层构成，这些层的配置方式会对EMI产生巨大影响。例如，六层板的电源和接地层位于叠层中间，位于第3层和第4层，不会为其他布线层提供太多屏蔽。通过将这些平面层移到2和5，它们现在将为在3和4层之间路由的信号提供很好的屏蔽。
元件放置
组件放置时应牢记其最敏感或最“嘈杂”的网，以使其尽可能短而直接地布线。对于希望大电流线路具有最短和最宽走线的电源，尤其如此。高速时钟线和其他敏感信号也将需要最短和最直接的路径，以很大程度地降低其辐射EMI的能力。为此，必须针对信号路径路由优化组件放置。
连接性
正如我们所说，大电流和敏感线路需要尽可能短地布线，但是还有许多其他连接注意事项：
为了防止相邻层上信号之间的宽边耦合（串扰），不同层上的信号路由应交替选择路由方向。
高速传输线应使用具有相邻接地平面的微带或带状线配置进行布线。
敏感线之间的走线间距应比常规走线间距大。
应计算受控阻抗线，并以精确的宽度布线
接地层的设计应确保信号返回路径畅通，尤其是对于高速信号。
从这些开始，您将可以很好地降低电路设计中EMI的可能性。现在让我们进一步研究一些可以提供帮助的特定设计技术。
电路设计技术可优化EMC电路性能
可以用来帮助控制EMI的技术之一是将设计规则和约束系统放入您的电路设计系统中。许多CAD工具都具有出色的规则和约束系统，可让您指定特定的线宽，间距，层和布线方向。当您尝试控制电源和接地等网络的走线宽度时，这非常重要。
路由时，高速网络还将需要跟踪模式或“拓扑”。在这里，约束可以通过指定引脚之间的连接性来帮助，以便使用正确的拓扑布线。还可以设置约束来控制特定网络的长度，或匹配其他网络的长度。当必须布线其长度必须精确以确保可以在相关时钟信号的上升沿和下降沿捕获数据时，这一点很重要。
设计规则和约束不仅适用于布线轨迹 ; 他们还可以帮助设计的许多其他方面。例如，您可以设置零件放置的间隙，以确保零件之间的正确距离。可以针对单个组件或组件类别完成此操作。您还可以设置用于特定网络的通孔规则以及许多其他规则，以确保可以成功制造电路板。
控制电路板上EMI的另一种重要方法是设计电源和接地层。您在电路板上布线的每个信号都必须返回其原点，这通常是通过接地层实现的。但是，如果接地层充满障碍物，例如其他电源的分割或接地网，切口或什至是很多孔，则返回信号可能最终会四处游荡，试图找到返回的路径。这种游荡会产生很多EMI，特别是当高速信号被阻塞时。
以下是电路设计工具中的一些功能，可以帮助您创建具有受控EMC的电路设计：
约束管理：您需要功能全面的规则和约束管理系统，该系统将使您能够控制设计的各个方面，从迹线宽度到布线拓扑。
模拟器和分析仪：通过在布局电路板之前发现电路和设计问题，可以避免很多EMI问题，这些问题以后可能会让您惊讶。此外，布局系统中可用的许多分析功能可以帮助您在构建电路板之前找到设计问题。
阻抗计算器：要设置正确的层结构，您需要知道层的顺序，以获得信号性能。阻抗计算器等内置工具可在此处帮助您在开始布局和布线之前定义电路板要求。
在线链接和数据交换：关于如何为您的设计构建成功的电路板层堆叠，有大量数据和信息可用，但是将这些数据导入工具一直是瓶颈。借助IPC-2581双向数据交换格式，您现在可以将制造商直接将板层堆叠信息（包括板材料和厚度）直接放入设计中。