实例讲解：EMCEMI模拟仿真与PCB设计相结合

在PCB（印刷电路板）设计中，辐射超标指的是电路板在工作时发出的电磁干扰（EMI）超出了规定的标准。

电磁兼容（EMC）问题会影响电路的正常工作，甚至可能对周围设备产生干扰。

因此，设计时需采取一系列措施来降低辐射并确保产品符合相关EMC法规。

整改PCB辐射超标的例子包括：1. 优化布局和布线减少高速信号的回路面积：高速信号的布线应该尽量短并且避免大回路，因为大的回路面积会增加辐射。

使用地平面：在高速信号线下方使用地平面可以大幅降低辐射。

差分信号：使用差分信号对进行高速数据传输，因为差分信号的电磁场会互相抵消，从而降低辐射。

2. 使用去耦和旁路电容在电源线路上使用去耦电容，可以降低电源噪声和开关噪声，减少辐射。

3. 控制阻抗和终端匹配确保信号线的阻抗连续，并且在线路的两端使用恰当的终端匹配，以减少反射和辐射。

4. 屏蔽金属屏蔽罩：对高辐射的元件或区域使用金属屏蔽罩。

屏蔽层：在多层PCB中，使用内部层作为屏蔽层可以降低辐射。

5. 过滤设计合适的滤波器：在信号进出口处使用滤波器可以抑制高频噪声，防止其辐射出去。

6. 控制时钟信号时钟信号是辐射的主要来源，应当尽量减少时钟线路的长度，避免时钟线路与I/O 线路并行。

7. 分区将模拟和数字部分分开，并且使它们的地平面分开连接到主地，以减少相互干扰。

实施案例假如有一款PCB产品在测试时发现辐射超标，工程师可能会采取以下步骤进行整改：1. 识别问题源：使用频谱分析仪识别产生辐射的主要频段。

2. 测量和评估：确定辐射超标的严重程度和辐射源的位置。

3. 修改设计：根据上述整改措施，修改PCB设计，重点关注高速信号的布局和布线。

4. 原型测试：制作修改后的PCB原型，并进行EMC测试。

5. 验证整改效果：如果测试结果符合标准，则继续进行生产；如果仍有问题，则需要进一步修改和测试。

每一个整改措施都需要在设计的早期阶段考虑，以避免在后期需要进行昂贵的重新设计和测试。

此外，整改过程可能涉及多次迭代，每次都需要重新测试来验证改进的效果。

PCB设计中EMC/EMI的仿真由于PCB 板上的电子器件密度越来越大，走线越来越窄，走线密度也越来越高，信号的频率也越来越高，不可避免地会引入EMC（电磁兼容）和EMI（电磁干扰）的问题，所以对电子产品的电磁兼容分析以及应用就非常重要了。

但目前国内国际的普遍情况是，与IC 设计相比，PCB 设计过程中的EMC 分析和模拟仿真是一个薄弱环节。

同时，EMC 仿真分析目前在PCB 设计中逐渐占据越来越重要的角色。

PCB 设计中的对EMC/EMI 的分析目标信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析，阻抗匹配分析，信号过冲分析，信号时序分析等等；对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析。

在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的物理拓扑结构，PCB 介质层的电介质特性和介电常数以及每一布线层的电气特性。

现在已经有了抑制电子设备和仪表的EMI 的国际标准，统称为电磁兼容（EMC）标准，它们可以作为PCB 设计者布线和布局时抑制电磁辐射和干扰的规则，对于军用电子产品设计者来说，标准会更严格，要求更苛刻。

对于由多块PCB 板通过总线连接而成的系统，还必须分析不同PCB 板之间的电磁兼容性能以及接口电路和连接器的EMC/EMI性能。

EMC/EMI 的仿真需要用到仿真模型EMC/EMI 分析要了解所用到的元器件的电气特性，之后才能更好地具体模拟仿真。

目前应用较多的有IBIS 和SPICE 模型。

IBIS（I/O Buffer Interface Specification），即ANSI/EIA-656，是一种通过测量或电路仿真得到，基于V/I 曲线的I/O 缓冲器的快速而精确描述电气性能的模型。

1990 年由INTEL 牵头、联合数家著名的半导体厂商共同制定了IBIS V1.0 的行业标准，经过不断的完善和发展，于1997 年更新为IBIS V3.0.现在此标准已被NS、Motorola、TI、IDT、Xilinx、Siemens、Cypress、VLSI 等数百家半导体厂。

EMI / EMC设计讲座（二上）PCB上电的来源在PCB中，会产生EMI的原因很多，例如：射频电流、共模准位、接地回路、阻抗不匹配、磁通量……等。

为了掌握EMI，我们需要逐步理解这些原因和它们的影响。

虽然，我们可以直接从电磁理论中，学到造成E MI现象的数学根据，但是，这是一条很辛苦、很漫长的道路。

对一般工程师而言，简单而清楚的描述更是重要。

本文将探讨，在PCB上「电的来源」、Maxwell方程式的应用、磁通量最小化的概念。

电的来源与磁的来源相反，电的来源是以时变的电双极（electric dipole）来建立模型。

这表示有两个分开的、极性相反的、时变的点电荷（point charges）互为相邻。

双极的两端包含着电荷的变化。

此电荷的变化，是因为电流在双极的全部长度内，不断地流动而造成的。

利用振荡器输出讯号去驱动一个没有终端的（unte rminated）天线，此种电路是可以用来代表电的来源。

但是，此电路无法套用低频的电路原理来做解释。

不考虑此电路中的讯号之有限传播速度（这是依据非磁性材料的介电常数而定），反正射频电流会在此电路产生。

这是因为传播速度是有限的，不是无限的。

此假设是：导线在所有点上，都包含相同的电压，并且此电路在任何一点上，瞬间都是均衡的。

这种电的来源所产生的电磁场，是四个变数的函数：1. 回路中的电流振幅：电磁场和在双极中流动的电流量成正比。

2. 双极的极性和测量装置的关系：与磁来源一样，双极的极性必须和测量装置的天线之极性相同。

3. 双极的大小：电磁场和电流元件的长度成正比，不过，其走线长度必须只有波长的部分大。

双极越大，在天线端所测量到的频率就越低。

对特定的大小而言，此天线会在特定的频率下共振。

4. 距离：电场和磁场彼此相关。

两者的强度和距离成正比。

在远场（far field），其行为和回路源（磁的来源）类似，会出现一个电磁平面波。

当靠近「点源（point source）」时，电场和磁场与距离的相依性增加。

PCB板中的EMC设计PCB板中的EMC设计应是任何电子器件和系统综合设计的一部分，它远比试图使产品达到EMC的其他方法更节约成本。

电磁兼容设计的关键技术是对电磁干扰源的研究，从电磁干扰源处控制其电磁发射是治本的方法。

控制干扰源的发射，除了从电磁干扰源产生的机理着手降低其产生电磁噪声的电平外，还需广泛地应用屏蔽（包括隔离）、滤波和接地技术。

EMC的主要设计技术包括电磁屏蔽方法、电路的滤波技术以及应特别注意的接地元件搭接的接地设计。

一、PCB板中的EMC设计金字塔如图9-4所示为器件和系统EMC最佳设计的推荐方法，这是一个金字塔式图形。

首先，优秀的EMC设计的基础是良好的电气和机械设计原则的应用。

这其中包括可靠性考虑，比如在可接受的容限内设计规范的满足、好的组装方法以及各种正在开发的测试技术。

一般来说，驱动当今电子设备的装置要安装在PCB上。

这些装置由具有潜在干扰源以及对电磁能量敏感的元件和电路构成。

因此，PCB的EMC设计是EMC设计中的下一个最重要的问题。

有源元件的位置、印制线的走线、阻抗的匹配、接地的设计以及电路的滤波均应在EMC设计时加以考虑。

一些PCB元件还需要进行屏蔽。

再次，内部电缆一般用来连接PCB或其他内部子组件。

因此，包括走线方法和屏蔽的内部电缆EMC设计对于任何给定器件的整体EMC来说是十分重要的。

在PCB的EMC设计和内部电缆设计完成以后，应特别注意机壳的屏蔽设计和所有缝隙、穿孔和电缆通孔的处理方法。

最后，还应着重考虑输入和输出电源以及其他电缆的滤波问题。

二、电磁屏蔽屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径，隔离主要运用继电器、隔离变压器或光电隔离器等器件来切断电磁噪声以传导形式的传播途径，其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。

屏蔽体的有效性用屏蔽效能（SE）来表示（如图9-5所示），屏蔽效能的定义为：电磁屏蔽效能与场强衰减的关系如表9-1所列。

电源PCB设计与EMC的关联超详细分析【前言】说起开关电源的难点问题，PCB布板问题不算很大难点，但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一（PCB设计不好，可能会导致无论怎么调试参数都调试布出来的情况，这么说并非危言耸听）原因是PCB布板时考虑的因素还是很多的，如：电气性能，工艺路线，安规要求，EMC影响等等；考虑的因素之中电气是最基本的，但是EMC又是最难摸透的，很多项目的进展瓶颈就在于EMC问题；下面从二十二个方向给大家分享下PCB布板与EMC。

1、熟透电路方可从容进行PCB设计之EMI电路上面的电路对EMC的影响可想而知，输入端的滤波器都在这里；防雷击的压敏；防止冲击电流的电阻R102（配合继电器减小损耗）；关键的虑差模X电容以及和电感配合滤波的Y电容；还有对安规布板影响的保险丝；这里的每一个器件都至关重要，要细细品味每一个器件的功能与作用。

设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计，比如设置几级滤波，Y电容数量的个数以及位置。

压敏大小数量选择，都与我们对EMC的需求密切相关，欢迎大家一起讨论看似简单其实每个元器件蕴含深刻道理的EMI电路。

2、电路与EMC：（最熟悉的反激主拓扑，看看电路中哪些关键地方蕴含了EMC的机理）上图的电路中打圈几部分：对EMC影响非常重要（注意绿色部分不是的），比如辐射大家都知道电磁场辐射是空间的，但基本的原理是磁通量的变化，磁通量涉及到磁场有效截面积，也就是电路中对应的环路。

电流可以产生磁场，产生的是稳定的磁场，不能向电场转化；但变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场是可以产生电场（其实这就是有名的麦克斯韦方程我用通俗语言来说），变化的电场同理可产生磁场。

所以一定要关注那些有开关状态的地方，那就是EMC源头之一，这里就是EMC源头之一（这里说之一当然后续还会讲到其它方面）；比如电路中虚线环路，是开关管开通和关断的环路，不仅设计电路时开关速度可以调节对EMC影响，布板走线环路面积也有着重要的影响！另二个环路是吸收环路和整流环路，先提前了解下，后面再讲！3、PCB设计与EMC的关联PCB环路对EMC的影响非常重要，比如反激主功率环路，如果太大的话辐射会很差。

PCB布局设计中的EMC标准评估分析在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）布局设计过程中，EMC （Electromagnetic Compatibility，电磁兼容性）标准评估分析是至关重要的一步。

EMC标准评估分析旨在确保电子设备在工作时不会相互干扰，同时也不会受到外部电磁干扰的影响，从而保证设备的稳定性和可靠性。

首先，需要明确了解EMC标准的基本原则。

EMC标准通常包括电磁兼容性、干扰电压抑制、传导干扰和辐射干扰等方面的要求。

在设计PCB布局时，需要考虑到这些要求，保证PCB布局符合相关标准的规定。

其次，进行电磁兼容性分析。

电磁兼容性分析是评估电子设备是否在电磁环境中正常工作而不会产生干扰的重要手段。

通过对电路板布局、线路走向、接地等方面的合理设计，可以有效减少电磁辐射和传导干扰的发生，提升设备的抗干扰能力。

另外，需要对干扰电压抑制进行评估。

干扰电压抑制是指在电路设计中采取措施降低干扰电压的作用。

在PCB布局设计中，可以通过合理的布线、差分信号设计、模拟与数字信号分离等方式来减少干扰电压的产生，从而降低设备受到干扰的可能性。

此外，还要考虑传导干扰和辐射干扰的评估。

传导干扰是由于电路板之间的相互作用导致的干扰，而辐射干扰则是由于电路板辐射的电磁波造成的干扰。

在PCB布局设计中，可以采取减少线路长度、增加地线面积、使用滤波器等手段来降低传导干扰和辐射干扰的影响，提升设备的抗干扰能力。

最后，在进行EMC标准评估分析时，需要借助专业的仿真软件和工具进行模拟和测试。

通过仿真可以提前发现潜在的干扰问题，避免在实际生产中出现不必要的麻烦。

同时，还可以借助传导和辐射测试仪器对电磁兼容性进行实际的测试，确保设备符合相关标准的要求。

综上所述，PCB布局设计中的EMC标准评估分析是确保电子设备稳定运行的关键步骤。

通过对电磁兼容性、干扰电压抑制、传导干扰和辐射干扰等方面进行全面评估，可以有效提升设备的抗干扰能力，确保设备在各种工作环境下都能正常运行，为用户提供更加可靠的产品和服务。

如何在高速设计中考虑PI/SI和EMI/EMC问题？电子设计的飞速进步，使得传统的电子系统可靠性面临新的挑战。

一个日益突出的问题就是信号完整性和电磁干扰问题。

由于电子系统的处理器频率和电子信号频率的不断提升，高速和高密会使系统的辐射加重，低压、高灵敏度会使系统的抗扰度降低。

因此，电磁环境的干扰和系统内部的相互窜扰，严重地威胁着电子设备的稳定性、可靠性和安全性。

在电子产品设计中，PCB板的设计对解决EMI/EMC问题至关重要，而出色的仿真工具可以有效防止重复开模。

为了帮助工程师解决PCB设计时遇到的EMI/EMC问题，电子工程专辑网站推出《高性能PCB的PI/SI和EMI/EMC设计》专题讨论，邀请到Ansoft公司中国区高级应用工程师李宝龙和Ansoft中国高级应用工程师毛文杰博士担任论坛嘉宾与读者互动，我们基于此专题讨论，总结了高速电路PI/SI和EMI/EMC设计中经常出现的一些问题供读者参考。

关于阻抗匹配问题阻抗匹配是高频电路设计时需要经常考虑的问题，而在某些低频应用场合(比如电话线)也需要考虑阻抗匹配，有网友就产生了疑惑，究竟什么情况下需要考虑阻抗匹配。

该问题引起了工程师朋友热烈的讨论，有网友就提出，根据C=波长×频率，只要信号频率与传输线长度之积大于光速，就应该考虑阻抗匹配。

李宝龙表示，对于分布参数电路的阻抗有三种解释，一个是媒质本征特性阻抗，它仅与媒质的材料参量有关，对应于平面波波阻抗；二是波阻抗，即电场与磁场的比值，它是特定一种波型的特性，TEM波，TE波，TM波有着不同的阻抗，它与传输线或波导类型，材料特性以及工作频率有关；三是特征阻抗，即是从传输线上行波电压和电流比。

对于一般PCB上传输线，双绞线和同轴线，我们假设为电磁波传播方式为TEM波，电压和电流是唯一确定的，因而阻抗是一定的。

在实际PCB设计中，电源平面阻抗就是上述第一种。

对于信号线，低速的输入和输出端口，为了得到最大负载功率，需要端口阻抗匹配（如微波电路，功率电路等）；如果不需要负载功率，也无须做匹配(低速数字电路如此)，而此时传输线电气长度比起波长来讲微不足道，可以作为等势导体，无须阻抗匹配。

电子产品设计中的EMC和EMI问题分析电子产品设计中的EMC问题和EMI问题是非常重要的考虑因素，其影响着产品的性能和可靠性。

本文将详细分析EMC和EMI问题，并给出相应的解决步骤。

1. 什么是EMC和EMI问题：- EMC (Electromagnetic Compatibility) 是指电子设备在同一环境中能够共存并互不干扰。

- EMI (Electromagnetic Interference) 是指电子设备之间相互干扰，导致其性能下降或者失效。

2. EMC和EMI问题的原因：- 电子设备内部不同电路之间的高频信号干扰。

- 电子设备与外部环境的电磁辐射和电磁感应。

3. EMC和EMI问题的影响：- 降低产品性能和可靠性。

- 对其他设备产生干扰。

4. 解决EMC和EMI问题的步骤：- 设计阶段：a. 选择合适的电磁屏蔽材料，将电磁波传播限制在产品内部。

b. 使用合适的滤波器和降噪电路，减少干扰信号的传播。

c. 合理规划电路板布局，减少高频信号的串扰。

d. 使用地线和功率平面分层布局，减少地回流干扰。

- 材料选择：a. 选择低电阻和高导电性的材料，提高电磁波的屏蔽效果。

b. 选择低电磁散射率和高磁饱和磁导率的材料，减少电磁波的反射和传播。

c. 选择低介电常数和低介电损耗的绝缘材料，减少电磁波的衍射和能量损耗。

- 电路设计：a. 适当地使用滤波器和降噪电路，降低电磁干扰信号的传输。

b. 使用合适的屏蔽技术，将关键的高频信号线缠绕在金属盖板或电磁屏蔽罩中，避免干扰信号泄漏。

- PCB布局设计：a. 避免信号线和功率线平行布局，降低互相的干扰。

b. 合理规划地线和功率平面的布局，减少地回流干扰。

c. 使用地平面和功率平面进行分层布局，减少电磁辐射。

d. 对高频信号线进行合理的阻抗匹配，减少反射和串扰。

- 产品测试：a. 使用专业的EMI测试设备对产品进行测试，确保其符合相关的电磁兼容标准。

b. 测试产品在不同频率下的辐射和传导幅度，找出潜在的干扰源和敏感部件。