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嘉峪檢測網 2024-12-25 08:39
在進行PCB設計的時候，有什么措施可以降低PCB的輻射發射嗎？
有很多措施可以降低PCB的輻射發射，最簡單和效果明顯的有三點：
1、做好地線的設計
做好地線的設計包括兩個目的：
一個是減小時鐘等周期性信號的電流回路面積，從而減小差模輻射；
另一個是降低地線上的噪聲電壓，從而減小PCB外拖電纜的共模輻射。
在前面，我們看到了時鐘電路只有連接了負載電路以后，才能借助負載電流回路產生一定的輻射，并且當在地線上連接了導線以后，輻射明顯增加的情況。這就是差模輻射和共模輻射。要降低這兩種輻射，一個是減小電流回路的面積，另一個是降低地線上的電壓。
減小電流回路面積的簡單方法是使時鐘線盡量靠近地線，兩者之間的距離越近，導線越短，形成的面積越小，輻射越小。
使用多層PCB，并用其中的一層作為電路地線面，對于降低PCB的輻射效果十分明顯，如圖1所示。
圖1 地線面降低PCB輻射的效果
圖1中，左圖是電路布置在兩層PCB上的輻射情況，右圖是電路布置在四層板上（其中兩層分別是地線面和電源面）的輻射情況，可以看到，四層板的輻射遠低于兩層板的輻射。
之所以多層板是解決PCB輻射的有效途徑，是因為地線面同時起到了兩種作用：
一個是自動為時鐘信號的電流提供了一個最小回路面積，使電流回路的輻射降低；
另一個是地線面具有很低的阻抗，因此地線上的噪聲電壓很小，降低了外接電纜的共模輻射。
使用多層板降低PCB輻射時，需要注意一點，就是地線面上要避免較長的裂縫，因為這會改變地線電流的路徑，增加電流回路面積，從而增加輻射，如圖2所示。關于如何做好地線設計，可以參考《電磁兼容技術之產品研發與認證》的6.6節相關的內容。
圖2 PCB地線面上裂縫改變了地線電流的路徑
2、 做好電源線的去耦
導致PCB輻射另一個因素是電源線的輻射。這很好理解，因為數字電路工作時，需要的脈沖電流來自于電源，電源線上的電流一定是波動的，這種波動的電流在電源線上產生了波動電壓，借助電源線產生輻射，這與地線輻射的情況類似。
減小電源線電流波動問題的方法是電源線去耦，也就是在電路芯片電源線上安裝一個去耦電容。
這個電容之所以叫去耦電容，是因為這個電容早期主要是為了減小數字電路對模擬電路的干擾而設置的。數字電路工作時會對同一個電源供電的模擬電路產生干擾，人們說數字電路的干擾耦合進了模擬電路。安裝這個電容以后，模擬電路就不再受到數字電路的影響了，人們說耦合被去掉了，由此得到去耦電容這個名字。
以上從解除數字電路與模擬電路之間的干擾耦合角度了解了去耦電容的用途。實際上，這個電容對降低輻射的效果也是十分重要的，圖3是去耦電容對于降低輻射的效果。
圖3 去耦電容對降低輻射的效果
上圖是實驗電路，一個數字電路芯片連接了電源線，為了看出電源線的輻射效果，在電源線上連接了一個輻射天線。測量這個輻射天線產生的輻射頻譜如下圖所示。
下左圖是沒有安裝去耦電容時的輻射情況，下右圖是安裝了去耦電容時的輻射情況，去耦電容是一個1m的貼片電容，可以看到去耦電容對降低輻射的效果十分明顯。關于去耦電容的正確使用方法，可以參考《電磁兼容技術之產品研發與認證》的6.5節相關的內容。
3、做好I/O電纜的位置與局部的接地
降低PCB輻射的另外一個有效的方法就是將PCB上外拖的電纜布置在PCB的同一側。這樣電纜之間的地線電壓最小，產生的輻射最低。
另外，就是在PCB連接電纜的部位，將電路地與金屬機殼連接起來，這樣相當于為共模電流提供了一條通路，避免共模電流進入電纜，如圖4所示。
圖4 將PCB的電路地在電纜連接的部位與金屬機箱連接起來
來源：東展EMC學堂
