一引言

常言道“不以規(guī)矩不成方圓”，世間萬物都有始有終，就類似一個(gè)圓形，在落筆的那瞬間，結(jié)束點(diǎn)也落在起始點(diǎn)。所以，我們的生活中的一切電子產(chǎn)品都亦是如此，在上電的瞬間，電流就會(huì)從開始的地方重新回到源頭，而在電子領(lǐng)域里，將之稱為回路。

二PCB layout回路中的EMC問題

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，回路面積越大，對(duì)外部磁場(chǎng)或高頻信號(hào)的敏感度越高，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的電磁輻射（尤其是高頻信號(hào)回路）。

【輻射發(fā)射】：大回路相當(dāng)于天線，可能超出EMC標(biāo)準(zhǔn)限制（如CISPR、FCC）；

【抗擾度】：大回路易受外部干擾（如ESD、射頻干擾）；

地平面分割不當(dāng)或地回路設(shè)計(jì)不良，會(huì)導(dǎo)致地彈（Ground Bounce）和共模噪聲，引發(fā)EMI問題。

高頻信號(hào)（如RF、高速數(shù)字信號(hào)）的回流路徑會(huì)沿最低阻抗路徑（通常是最近的地平面），若路徑不連續(xù)（如地平面缺口或過孔），會(huì)導(dǎo)致回流繞行，增大環(huán)路面積。此外，還可能引發(fā)串?dāng)_、信號(hào)完整性問題和輻射。

信號(hào)線跨越電源或地平面分割時(shí)，回流路徑被迫繞行，導(dǎo)致環(huán)路面積增大和EMI風(fēng)險(xiǎn)。

三實(shí)際案例

具體情況還是讓我們來看一下實(shí)際案例，請(qǐng)往下看：

這是一臺(tái)車載中控機(jī)，主要存在了時(shí)鐘和電源問題下圖是實(shí)驗(yàn)室的擺放圖，如下圖。

其中，該產(chǎn)品是在CEC和RE測(cè)試結(jié)果超過標(biāo)準(zhǔn)限值，RE測(cè)試結(jié)果可以初步判斷1560MHz是典型的屏?xí)r鐘問題，CEC測(cè)試數(shù)據(jù)可以初步判斷機(jī)器存在DC-DC和時(shí)鐘問題。測(cè)試的數(shù)據(jù)如下：

在對(duì)機(jī)器進(jìn)行排查階段，斷掉了屏排線FPC之后，1560MHz時(shí)鐘頻點(diǎn)有明顯的下降。此外，還用頻譜和示波器對(duì)機(jī)器進(jìn)行探查，發(fā)現(xiàn)探頭只有在主控到屏的走線上探測(cè)到1560MHz頻點(diǎn)，故此可初步判定是屏?xí)r鐘的問題。對(duì)此可以發(fā)現(xiàn)此時(shí)的時(shí)鐘的噪聲電流回路如下圖：

圖中1、2、3、4是噪聲電流通過LVDS信號(hào)線流到屏中，圖中5、6則是噪聲電流通過分布電容流到屏的大地，再通過排線的屏蔽層大地回到主控板GND與主控LVDS輸出端形成回路。

對(duì)此，在屏?xí)r鐘上加了濾波電容，噪聲電流也會(huì)通過濾波電容到GND，再經(jīng)過GND回到主控，大大地縮短了噪聲電流的回流面積。減小了噪聲對(duì)外的輻射能量強(qiáng)度，可以改善機(jī)器的EMI問題，回路圖如下：

測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

在 CEC 測(cè)試中發(fā)現(xiàn)存在與 500kHz 開關(guān)頻率相關(guān)的噪聲及時(shí)鐘問題，經(jīng)排查確定為二級(jí)電源開關(guān)動(dòng)作和 DSP 時(shí)鐘信號(hào)諧波所致。

【整改措施如下】：

1.電源輸入端加共模濾波器抑制共模噪聲電流，PCBLayout時(shí)對(duì)共模濾波器下方地層進(jìn)行開槽分割，避免電感與地平面產(chǎn)生寄生電容，噪聲經(jīng)過寄生電容從而回路增大；

2.在二級(jí)電源SW輸出端添加由電阻與電容串聯(lián)構(gòu)成的RC阻尼吸收電路，消耗開關(guān)管開關(guān)時(shí)的LC諧振能量以抑制諧波傳導(dǎo)；

3.在DSP時(shí)鐘上加pf電容進(jìn)行濾波。

整改之后的測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

四總結(jié)

綜上所述，噪聲回流路徑是影響EMI性能的關(guān)鍵因素。本次整改通過分析噪聲耦合機(jī)制，針對(duì)屏?xí)r鐘、電源開關(guān)噪聲和DSP時(shí)鐘等關(guān)鍵干擾源，采取優(yōu)化回流路徑（增加濾波電容）、阻斷共模傳播（改進(jìn)共模濾波器布局）以及阻尼抑制（電源端RC吸收）等措施，有效降低了輻射干擾。這些經(jīng)驗(yàn)表明，控制噪聲回流路徑是解決EMI問題的有效思路，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了重要的EMC優(yōu)化方向。