
常言道“不以规矩不成方圆”,世间万物都有始有终,就类似一个圆形,在落笔的那瞬间,结束点也落在起始点。所以,我们的生活中的一切电子产品都亦是如此,在上电的瞬间,电流就会从开始的地方重新回到源头,而在电子领域里,将之称为回路。
二、PCB layout回路中的EMC问题根据法拉第电磁感应定律,回路面积越大,对外部磁场或高频信号的敏感度越高,同时也会产生更强的电磁辐射(尤其是高频信号回路)。
【辐射发射】:大回路相当于天线,可能超出EMC标准限制(如CISPR、FCC);
【抗扰度】:大回路易受外部干扰(如ESD、射频干扰);
地平面分割不当或地回路设计不良,会导致地弹(Ground Bounce)和共模噪声,引发EMI问题。
高频信号(如RF、高速数字信号)的回流路径会沿最低阻抗路径(通常是最近的地平面),若路径不连续(如地平面缺口或过孔),会导致回流绕行,增大环路面积。此外,还可能引发串扰、信号完整性问题和辐射。
展开剩余83%信号线跨越电源或地平面分割时,回流路径被迫绕行,导致环路面积增大和EMI风险。
三、实际案例具体情况还是让我们来看一下实际案例,请往下看:
这是一台车载中控机,主要存在了时钟和电源问题下图是实验室的摆放图,如下图。
其中,该产品是在CEC和RE测试结果超过标准限值,RE测试结果可以初步判断1560MHz是典型的屏时钟问题,CEC测试数据可以初步判断机器存在DC-DC和时钟问题。测试的数据如下:
在对机器进行排查阶段,断掉了屏排线FPC之后,1560MHz时钟频点有明显的下降。此外,还用频谱和示波器对机器进行探查,发现探头只有在主控到屏的走线上探测到1560MHz频点,故此可初步判定是屏时钟的问题。对此可以发现此时的时钟的噪声电流回路如下图:
图中1、2、3、4是噪声电流通过LVDS信号线流到屏中,图中5、6则是噪声电流通过分布电容流到屏的大地,再通过排线的屏蔽层大地回到主控板GND与主控LVDS输出端形成回路。
对此,在屏时钟上加了滤波电容,噪声电流也会通过滤波电容到GND,再经过GND回到主控,大大地缩短了噪声电流的回流面积。减小了噪声对外的辐射能量强度,可以改善机器的EMI问题,回路图如下:
测试数据如下:
在 CEC 测试中发现存在与 500kHz 开关频率相关的噪声及时钟问题,经排查确定为二级电源开关动作和 DSP 时钟信号谐波所致。
【整改措施如下】:
1.电源输入端加共模滤波器抑制共模噪声电流,PCB Layout 时对共模滤波器下方地层进行开槽分割,避免电感与地平面产生寄生电容,噪声经过寄生电容从而回路增大;
2.在二级电源 SW 输出端添加由电阻与电容串联构成的 RC 阻尼吸收电路,消耗开关管开关时的 LC 谐振能量以抑制谐波传导;
3.在 DSP 时钟上加pf电容进行滤波。
整改之后的测试数据如下:
四、总结综上所述,噪声回流路径是影响EMI性能的关键因素。本次整改通过分析噪声耦合机制,针对屏时钟、电源开关噪声和DSP时钟等关键干扰源,采取优化回流路径(增加滤波电容)、阻断共模传播(改进共模滤波器布局)以及阻尼抑制(电源端RC吸收)等措施,有效降低了辐射干扰。这些经验表明,控制噪声回流路径是解决EMI问题的有效思路,为后续产品设计提供了重要的EMC优化方向。
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