印刷电路板(PCB)设计中的EMI解决方案

印刷电路板（PCB）设计中的EMI 解决方案

---使用EMIStream 的实际案例分析

作者：钱傲峰 Cybernet 高级应用工程师

一、 摘 要

电子系统的复杂度越来越高，EMC 的问题相应的也就多了起来，为了使自己的产品能达到相关国际标准，工

其中Ip 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，Ls 表示环路面积，d 表示测量天线到电缆的距离

共差摸辐射的计算

其中I 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，L 表示电缆线长度，d 表示测量天线到电缆的距离

解决EMI 的主要途径是减少电路板上由各种原因产生的辐射能量。控制EMI 的关键，是降低电源地平面谐振和电路回流路径阻抗，正确放置旁路和去藕电容。

实例：笔者使用EMIStream 工具对板极的EMI 问题进行分析。该工具的两大主要功能是PCB 板的全部网络的EMI 分析，以及电源谐振分析。EMIStream 是由日本NEC 公司基于多年EMI 设计经验开发的应用软件，可以用于Allegro，Mentor， Zuken 和Altium 等各种PCB 设计流程，在PCB 制造之前解决EMI 问题。EMIStream 软件内建13条经典EMI 检查规则，均经过日本NEC 内部产品实际设计结果验证，每个检查规则的设置值是经过实际验证的最佳理论值。

1：EMIStream 分析流程

下图是使用EMIStream 对电路板进行分析的设计流程

EMIStream嵌入在PCB设计的全过程，在设计阶段将EMI问题解决，减少反复设计的次数。

2：布局的EMI检查：

A:当我们完成布局后，把ALLEGRO数据直接导入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor，Zuken，Altium等其他市场主流的PCB设计工具都有接口，保证数据的完全导入。

B：设定层叠信息，根据PCB板中的层叠信息，填写入EMI.

C: 根据电路的设计数据，正确填写电路中相关NET的频率，串扰组，差分对，电源地信号的指定。D：设置规则的参数，我们选择采用默认参数，同时选择长度检查和最大辐射值检查项目对该板实施检查。

结果以对话框的形式显示出来，用户点击错误提示，查看有问题的NET，采用如下方法： a:调整零件的布局位置，减少NET总的长度/

b:调整网络的拓扑结构，减少共模辐射的强度/

3：布局布线中和完成以后的EMI检查：

A：当我们布局布线完成后，实施整板网络检查，我们通过NET Parameter中选择需要检测的所有关键信号，比如时钟，数据，地址线，差分对等，同时可以任意勾选13条规则作为EMI检查的基准。

B：13规则包括如下

1：传导辐射分析 2个规则

2：电流回路分析 3个规则

3：电源，地层 2个规则

4：信号完整性 4个规则

5：零件布局 2个规则

C:检查结果以对话框的方式显示出来，按照网络的EMI问题的严重程度从上到下逐一列出，打开每一条出错网络，将列出全部EMI出错信息（错误列表），有的出错信息还会显示修改提示，最后列出该网络的最大辐射值以及差模辐射共模辐射值； 同时该网络在PCB版图上将高亮度显示，所有错误用红圈在网络上标出。

例如整，阻抗失配。

议2：修改铜箔的外形，使导线拥有完整的参考平面。

第2个错误是该网络的最大辐射DB 值，分为差模和共模辐射值，如图所示：

D：接下来发现铜箔的错误，比如GND 铜箔边缘缺少过孔，以及过孔间距过大等。

E：串扰检查帮助我们检查同一层并行走的部分或相邻层交叉的布线是否有串扰。

建议修改并行太长的导线。

4：电源地平面谐振分析：

上面我们完成了对网络的检查并做了相应的修改，接下来我们针对电源地平面进行谐振分析。EMIStream 通过模拟板的形状和电源・地平面之间形成的电容,并进行建模,运用SPICE 电路仿真进行解析。用红色表示大的电压波动,蓝色表示小的电压波动。

首先我们对3V3的电源层面进行分析，鼠标点击选择3V3电源平面，填写和3V3电源平面最近的GND 平面的间距，介质常数信息。修改Option 选项中的计算网格大小为3毫米，设置扫描频率从30MHz 到2GHz,步长为10MHz.点击RUN 开始分析。结果如下显示：

，第一个错误提示该网络没有完整的电流回路，点击该错误，画面放大显示并用红圈标示错误的位置。同时弹出对话框，图示错误的原因，并给出几个修改建议：

建议1：修改导线的路径避免跨不同NET 的铜箔，导致参考平面不完

建

谐振分析结果有两种图形显示：PCB 版图上的波动电压分布图，红色的区域为电压波动相对

的全部谐振频率点。其电源地平面在

波动相对较大的地方，增加退藕电容的方式来减少谐振。系统自带常更好一些。再使用相同的设置，RUN 一遍分析（右图），得到明显的改善，刚才红色的区域都变成蓝绿色，从2G 以下的最大谐振值都降到-5DB 以下,满足了系统的设计要求。

三． 总 结

印刷电路板的EMI 问题是一个非常复杂的问题，需要用各种方法来综合处理，通过该案例的分析，我们发现：

EMIStream 工具和PCB 设计工具联合使用，可以大大提高设计效率

可在PCB 设计阶段发现并解决EMI 问题，减少反复修改的次数，节约成本

与通常的SI 分析工具相比，不需要IBIS 模型，不是对一个网络而是对全部网络进行分析，

一分钟出结果。

可以立竿见影的帮助PCB 工程师，帮助改进布局布线策略，减小电路板的EMI 干扰的发射。 有效地提高设计质量，缩短设计周期，加快产品上市时间

较大的地方，蓝色为电压波动相对较小的地方；以及在设定的频率范围内峰值波动电压是否超标可以从选定的电磁标准曲线上看出。 可以看到左图中1.5GHz 附近有很多谐振点。

解决方法：通过在电压用电容的RLC 模型，如果需要特别的RLC 电容模型，用户可以自由添加。我们在几个红色地方添加C104的电容，需要注意一点的是，电容串联电阻这样的效果可能