為何要控制線路板磁通量

“變化的電場產生變化的磁場，變化的磁場產生變化的電場”這就是電磁波產生和傳輸的原理。由于變化的電流在其流經的線路上有磁通量的變化而產生的變化的磁場，因為這引入了電磁干擾是我們電子工程師最頭疼的事。那么從根源上來說控制線路板的磁通量就是預防電路板電磁干擾的重要手段。

在我們畫板子的時候，經常聽到一句話就是使回路盡量變小。現在來看下簡單的解釋。

如上圖左側的線路板走線示意圖，利用電磁場知識可以知道(如果走線回路的信號頻率夠高)，那么這個板子就成了一個很好的天線，線路板設計變得一塌糊涂。而右側走線產生電磁干擾就小的多，這就是線路板磁通量最小化的思想(也就是我們常說的回路最小化)。

在進行設計時使用鏡像平面是一個很好的選擇，它能夠有效消除電源或地平面產生的干擾對電子電路所造成的影響。鏡像平面就是指構成回流的平面，比如大多數電平下的電源與地平面，但也有電源與電源平面成鏡像平面的，比如RS232電平等。鏡像平面也可看作差分信號，差分信號對共模干擾有很好的抑制作用，鏡像平面間距要盡量小。如果是雙面板或者單面板，雙面鋪銅并且多打過孔是個很好的方法。一般不要將兩個不相關的電源平面層疊在一起，特別是電壓差比較大時，否則由于電容耦合的作用電源相互干擾會變得嚴重。不管線路板布線時設計得多么好，磁場和電場都永遠存在，但是，如果減少或者消除了磁通量，則EMI就變得很小或者不存在了。

在設計線路板時，通過良好的走線來減少板子信號線環路(減小信號線產生的磁通量)從而減小干擾，我總結了以下幾個方法：

1、多層板設計時依據多層板疊層設置和信號線阻抗控制。對于4層板頂層、電源、地和底層，這樣一方面極大程度地解決了電磁干擾問題，提高了系統的可靠性，另一方面可以提高導線的布通率，縮小線線路板的面積。6層板通常是在4層板的基礎上增加了2兩個信號層。8層板通常包括1個電源層、兩個地線層、5個信號層。對于層的設置，網絡上有豐富的資料，或者留言討論。對于走線的阻抗控制，我們常用SI9000進行設計;

2、將時鐘走線靠近盡量短和靠近地，對于多層板不要走關鍵信號線。單面和雙面板可以使用接地走線或保護走線;

3、對于射頻芯片或者高頻率芯片可以采用法拉第電籠的方法將其屏蔽接地，只留出輸入輸出和電源連接外部;

4、選擇合適的元件模塊，將工作頻率集中在較窄的頻帶，通過硬件處理來降低電磁干擾;

5、對于射頻電路，使用較低的驅動電壓來降低走線的射頻電流，進而達到減小信號回路磁通量的效果;

6、降低接地噪聲電壓，這樣可以為回傳電流提供一條增強的路徑，將映像電流映射回電流源;

7、針對大的容性負載，注意去耦合電路的使用;

8、適當的引入數據線路濾波器和共模扼流圈，這樣可以大大改善板子的電磁特性;

9、注意使用旁路電容，去耦電容，但是這并不是說越多越好。

當然，針對線路板內部電磁干擾利用以上的方法可以很好的解決，但是還有其他的原因也可以引起電磁干擾，例如：在電路和I/O連線之間有共模和差模電流存在、接地回路會產生一個磁場結構、組件會輻射和阻抗不匹配等等。如果設計出來的線路板有電磁干擾，通過模塊測量的思想找到干擾源，采用有針對性的解決方案達到消除電磁干擾的目的。

以上是我總結的一些減少線路板電磁干擾的方法，如果有不合理的地方請留言批評指正。歡迎大家留言，共同探討電子設計的問題，通過交流讓我們的設計更加成熟。

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