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干货 | EMC硬件设计规范与滤波器使用注意事项
硬件EMC规范讲解
在高速逻辑电路里，这类问题特别脆弱，原因很多：
1、电源与地线的阻抗随频率增加而增加，公共阻抗耦合的发生比较频繁；
2、信号频率较高，通过寄生电容耦合到步线较有效，串扰发生更容易；
3、信号回路尺寸与时钟频率及其谐波的波长相比拟，辐射更加显著。
4、引起信号线路反射的阻抗不匹配问题。
No.1 总体概念及考虑
1、五一五规则，即时钟频率到5MHz或脉冲上升时间小于5ns，则PCB板须采用多层板。
2、不同电源平面不能重叠。
3、公共阻抗耦合问题。
由于地平面电流可能由多个源产生，感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电的抗扰度。
解决办法：
①模拟与数字电路应有各自的回路，最后单点接地；
②电源线与回线越宽越好；
③缩短印制线长度；
④电源分配系统去耦。
4、减小环路面积及两环路的交链面积。
5、一个重要思想是：PCB上的EMC主要取决于直流电源线的Z
No.2 布局
下面是电路板布局准则：
1、 晶振尽可能靠近处理器
2、 模拟电路与数字电路占不同的区域
3、 高频放在PCB板的边缘，并逐层排列
4、 用地填充空着的区域
No.3 布线
1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一面。
2、为模拟电路提供一条零伏回线，信号线与回程线小与5：1。
3、针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。
4、手工时钟布线，远离I/O电路，可考虑加专用信号回程线。
5、关键线路如复位线等接近地回线。
6、为使串扰减至最小，采用双面＃字型布线。
7、高速线避免走直角。
8、强弱信号线分开。
No.4 屏蔽
1、屏蔽 > 模型：
屏蔽效能SE(dB)＝反射损耗R(dB)＋吸收损耗A(dB)
高频射频屏蔽的关键是反射，吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。
2、工作频率低于1MHz时，噪声一般由电场或磁场引起，(磁场引起时干扰，一般在几百赫兹以内)，1MHz以上，考虑电磁干扰。单板上的屏蔽实体包括变压器、传感器、放大器、DC/DC模块等。更大的涉及单板间、子架、机架的屏蔽。
3、 静电屏蔽不要求屏蔽体是封闭的，只要求高电导率材料和接地两点。电磁屏蔽不要求接地，但要求感应电流在上有通路，故必须闭合。磁屏蔽要求高磁导率的材料做 封闭的屏蔽体，为了让涡流产生的磁通和干扰产生的磁通相消达到吸收的目的，对材料有厚度的要求。高频情况下，三者可以统一，即用高电导率材料(如铜)封闭并接地。
4、对低频，高电导率的材料吸收衰减少，对磁场屏蔽效果不好，需采用高磁导率的材料(如镀锌铁)。
5、磁场屏蔽还取决于厚度、几何形状、孔洞的最大线性尺寸。
6、磁耦合感应的噪声电压UN＝jwB.A.coso＝jwM.I1，(A为电路2闭合环路时面积；B为磁通密度；M为互感；I1为干扰电路的电流。降低噪声电压，有两个途径，对接收电路而言，B、A和COS0必须减小；对干扰源而言，M和I1必须减小。双绞线是个很好例子。它大大减小电路的环路面积，并同时在绞合的另一根芯线上产生相反的电动势。
7、防止电磁泄露的经验公式：缝隙尺寸<λmin/20。好的电缆屏蔽层覆视率应为70％以上。
No.5 接地
1、300KHz以下一般单点接地，以上多点接地，混合接地频率范围50KHz～10MHz。另一种分法是：< 0.05λ单点接地；< 0.05λ多点接地。
2、好的接地方式：树形接地
4、对电缆屏蔽层，L< 0.15λ时，一般均在输出端单点接地。L<0.15λ时，则采用多点接地，一般屏蔽层按0.05λ或0.1λ间隔接地。混合接地时，一端屏蔽层接地，一端通过电容接地。
5、对于射频电路接地，要求接地线尽量要短或者根本不用接线而实现接地。最好的接地线是扁平铜编织带。当地线长度是λ/4波长的奇数倍时，阻抗会很高，同时相当λ/4天线，向外辐射干扰信号。
6、单板内数字地、模拟地有多个，只允许提供一个共地点。
7、接地还包括当用导线作电源回线、搭接等内容。
No.6 滤波
1、选择EMI信号滤波器滤除导线上工作不需要的高频干扰成份，解决高频电磁辐射与接收干扰。它要保证良好接地。分线路板安装滤波器、贯通滤波器、连接器滤波器。从电路形式分，有单电容型、单电感型、L型、π型。π型滤波器通带到阻带的过渡性能最好，最能保证工作信号质量。
一个典型信号的频谱：
3、使用铁氧体磁珠安装在元件的引线上，用作高频电路的去耦，滤波以及寄生振荡的抑制。
4、尽可能对芯片的电源去耦(1-100nF)，对进入板极的直流电源及稳压器和DC/DC转换器的输出进行滤波(uF)。
No.7 其它
单板的干扰抑制涉及的面很广，从传输线的阻抗匹配到元器件的EMC控制，从生产工艺到扎线方法，从编码技术到软件抗干扰等。一个机器的孕育及诞生实际上是EMC工程。最主要需要工程师们设计中注入EMC意识 在实验测试过程中，我们常遇到这样的情况：虽然设计工程师在设备电源线上接了电源滤波器，但是该设备还是不能通过"传导骚扰电压发射"测试，工程师怀疑滤波器的滤波效果不好，不断更换滤波器，仍不能得到理想的效果。
两个方面分析设备超标的原因
1）设备产生的骚扰太强；
2）设备的滤波不足。对于第一种情况，我们可以通过在骚扰源处采取措施，降低骚扰的强度，或者增加电源滤波器的阶数，提高滤波器对骚扰的抑制能力来解决。对于第二种情况，除了滤波器自身性能不好以外，滤波器的安装方式对它的性能影响很大。这一点往往是被设计工程师忽视的。在很多测试中，我们通过更改滤波器的安装方式就能使设备顺利通过测试。
下面是一些常见的滤波器错误安装方式对滤波器性能影响的实例。
1 输入线太长许多设备的电源线进入机箱后，经过很长的导线才接到滤波器的输入端。例如，电源线从机箱后面板输入，走行到前面板的电源开关，又回到后面板接到滤波器。或者滤波器的安装位置距离电源线入口较远，造成引线太长。如图1所示。
由于电源入口到滤波器输入端的引线过长，设备产生的电磁骚扰通过电容性或电感性耦合，重新耦合到电源线上，而且骚扰信号的频率越高，耦合越强，造成实验失败。
2 滤波器输入输出线平行走线有的工程师为了使机箱内部的走线美观，常常把线缆捆扎在一起，这对电源线是不允许的。如果把电源滤波器的输入输出线平行走线或捆扎在一起，由于平行传输线之间存在分布电容，这种走线方式相当于在滤波器的输入输出线之间并接了一个电容，为骚扰信号提供了一条绕过滤波器的路径，导致滤波器的性能大幅下降，频率很高时甚至失效（如图2所示）。等效电容的大小与导线距离成反比，与平行走线的长度成正比。等效电容越大，对滤波器性能的影响越大。
3 滤波器接地不好，滤波器的壳体没有和金属机箱良好搭接这种情况也比较普遍。许多工程师安装滤波器时，滤波器的壳体和机箱之间搭接不良（有绝缘漆）；同时，使用的接地线较长，这将导致滤波器的高频特性变坏，降低滤波性能。由于接地线较长，在高频时导线的分布电感不能忽视，如果滤波器搭接良好，干扰信号可以通过壳体直接接地。如果滤波器的壳体和机箱之间搭接不良，相当于滤波器的壳体（地）与机箱之间存在一个分布电容，这将导致滤波器高频时接地阻抗较大，尤其在分布电感和分布电容谐振的频率附近，接地阻抗趋于无穷。滤波器接地不良对滤波器性能的影响如图3所示。
从图3中可以看到，由于滤波器接地不良，接地阻抗较大，有一部分骚扰信号能通过滤波器。为了解决搭接不良，应把机箱上的绝缘漆刮掉，保证滤波器壳体和机箱有良好的电气连接。
4 理想的安装电源滤波器的例子（仅供参考）
在这种安装方式下，滤波器的壳体和机壳接触良好，堵住电源线在机箱上的开口，提高了机箱的屏蔽性能；另外，滤波器的输入输出线之间有机箱屏蔽相隔离，消除了输入输出线之间的骚扰耦合，保证滤波器的滤波性能。滤波器的安装方式直接影响了滤波器的滤波效果，为了充分发挥滤波器的性能，在安装滤波器时应遵循以下原则：
5 安装滤波器五点原则1）在电源入口处就近安装，最好用滤波器壳体盖住机箱上的电源线入口孔；2）接地线越短越好；3）滤波器壳体与机箱良好搭接；4）滤波器输入输出线分开，不能并行或交叉；5）避免滤波器附近有强干扰源。
6 结论本文主要介绍了电磁脉冲传感器在强场强下的校准方法，被测装置采用模拟量光纤传输系统传输脉冲信号，具有噪声低，非线性失真小，动态范围大的特点。通过测量获得了对传感系统的峰值响应灵敏度，一组实验室间的比对显示，这一校准方法具有较好的一致性。
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