电磁干扰（EMI）问题一直是电子工程领域中的一个挑战，本文将探讨解决EMI问题的方法，特别关注PCB分层堆叠和电磁屏蔽技巧。
PCB印刷线路板的关键作用
在处理EMI问题时，PCB印刷线路板的设计起着关键作用。首先，让我们深入了解一些基本概念。
电源汇流排
在电路板上，IC的电源引脚附近放置适当容量的电容可以提高IC输出电压的跳变速度。然而，电容有其频率响应的限制，这意味着它无法生成所需的谐波功率。此外，电源汇流排上的瞬态电压降低是主要的共模EMI干扰源。
为了解决这些问题，我们可以将IC周围的电源层看作是高频电容器，收集分立电容器泄漏的高频能量。此外，电源层的电感要小，从而减小了共模EMI。
电源层的设计
为了控制共模EMI，电源层必须有助于去耦并具有足够低的电感。电源层的设计关键取决于电源的分层、层间材料和工作频率。通常，电源分层的间距为6mil，层间材料为FR4。这时，每平方英寸电源层的等效电容约为75pF。
对于上升时间为100到300ps的器件，3mil的层间距可能不再适用。
对于这些器件，我们需要采用更小的层间距，使用介电常数较高的材料，如陶瓷和加陶塑料。这些材料可以满足100到300ps上升时间电路的设计要求。
电磁屏蔽
好的分层策略是将所有信号走线放在一层或多层，并使它们紧挨着电源层或接地层。对于电源，好的分层策略是将电源层与接地层相邻，且距离尽可能小。这就是所谓的“分层策略”。
PCB印刷线路板堆叠
什么样的堆叠策略有助于屏蔽和抑制EMI？以下是一些常见的堆叠方案。
4层板
传统的厚度为62mil的四层板，即使信号层在外层，电源和接地层在内层，电源层与接地层的间距仍然过大。为了改善EMI抑制性能，可以考虑两种替代方案。
第一种方案是将外层作为地层，中间两层为信号/电源层。
第二种方案是外层同时走电源和地，中间两层为信号。这两种方案都可以改善EMI抑制性能。
6层板
如果电路板上的元件密度较大，最好采用6层板。有两种实例可以考虑。第一例将电源和地放在第2和第5层，但这会导致电源覆铜阻抗较高，不利于EMI控制。第二例将电源和地放在第3和第4层，这解决了电源覆铜阻抗问题。
10层板
对于需要输出大电流的相同电压源的两个电源层，电路板应布成两组电源层和接地层。每对电源层和接地层之间都放置了绝缘层，以获得等分电流的两对阻抗相等的电源汇流排。
在处理EMI问题时，PCB分层堆叠和电磁屏蔽技巧是非常重要的。不同的电路板设计需要不同的策略，但基本原则是确保电路板能够有效地控制共模EMI，保持信号完整性，并尽量减小瞬态电压。
随着电子设备上升时间的减小，这些技术将变得更加不可或缺，确保设备的性能和可靠性。
常见问题解答
电源层和接地层之间的距离有多重要？
电源层和接地层之间的距离对于共模EMI控制非常重要。距离越小，EMI干扰越小。
什么是电源汇流排？
电源汇流排是IC周围的电源层，它可以帮助去耦和提供高频能量。
为什么要考虑电路板的分层设计？
分层设计有助于控制EMI、保持信号完整性和降低瞬态电压。
6层板和10层板之间有什么区别？
6层板适用于中等元件密度，而10层板适用于需要更多层次的电源层和接地层的情况。
EMI问题如何影响电子设备性能？
EMI问题可能导致电子设备性能下降，包括干扰信号、降低可靠性和增加功耗。
通过采用合适的PCB设计和堆叠策略，可以显著降低EMI问题，从而提高电子设备的性能和可靠性。
