1.电磁兼容的一般概念
考虑电磁兼容的根本原因在于电磁搅扰的存在。电磁搅扰(Electromagnetic Interference，简称EMI)是破坏性电磁能从一个电子设备经过辐射或传导传到另一个电子设备的进程。一般来说，EMI特指射频信号(RF)，但电磁搅扰可以在一切的频率范围内发生。
电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，简称EMC)是指电气和电子体系、设备和设备在设定的电磁环境中，在规则的安全边界内以规划的等级或功用运转，而不会因为电磁搅扰引起损坏或不行承遭到功用恶化的才干。这儿所说的电磁环境是指存在于给定场所的一切电磁现象的总和。这表明电磁兼容性一方面指电子产品应具有按捺外部电磁搅扰的才干;另一方面，该电子产品所发生的电磁搅扰应低于极限，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常作业。
如今的电子产品现已由模仿规划转为数字规划。跟着数字逻辑设备的开展，与EMI和EMC相关的问题开端成为产品的焦点，并得到规划者和运用者很大的重视。美国通讯委员会(FCC)在20世纪70年代中后期发布了个人电脑和相似设备的辐射规范，欧共体在其89/336/EEC电磁兼容指导性文件中提出辐射和抗搅扰的强制性要求。我国也连续拟定了有关电磁兼容的国家规范和国家军用规范，例如“电磁兼容术语”(GB/T4365-1995)，“电磁搅扰和电磁兼容性术语”(GJB72-85)，“无线电搅扰和抗扰度丈量设备规范”(GB/T6113-1995)，“电动工具、家用电器和相似用具无线电搅扰特性的丈量办法和答应值”(GB4343-84)。这些电磁兼容性规范大大推动了电子规划技能并前进了电子产品的可靠性和适用性。
2.EMC在PCB规划中的重要性
跟着电子设备的灵敏度越来越高，并且承受弱小信号的才干越来越强，电子产品频带也越来越宽，标准越来越小，并且要求电子设备抗搅扰才干越来越强。一些电器、电子设备作业时所发生的电磁波，简略对周围的其他电气、电子设备构成电磁搅扰，引发毛病或许影响信号的传输。别的，过度的电磁搅扰会构成电磁污染，损害人们的身体健康，破坏生态环境。
假如在一个体系中各种用电设备可以正常作业而不致彼此发生电磁搅扰形成功用改动和设备的损坏，人们就称这个体系中的用电设备是彼此兼容的。可是跟着设备功用的多样化、结构的复杂化、功率的加大和频率的前进，一起它们的灵敏度也越来越高，这种彼此兼容的状况越来越难取得。为了使体系到达电磁兼容，有必要以体系的电磁环境为依据，要求每个用电设备不发生超越必定极限的电磁发射，一起又要求它自身要具有必定的抗搅扰才干。只要对每一个设备都作出这两个方面的束缚和改进，才干确保体系到达彻底兼容。
一般以为电磁搅扰的传输有两种办法：一种是传导办法;另一种是辐射办法。在实践工程中，两个设备之间发生搅扰一般包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合一起存在，重复穿插，一起发生搅扰，才使得电磁搅扰变得难以操控。
常见的电磁搅扰首要有以下几种：
(1)射频搅扰。因为现有的无线电发射机的激增，射频搅扰给电子体系形成了很大的要挟。蜂窝电话、手持无线电、无线电遥控单元、寻呼机和其他相似设备现在十分遍及。形成有害的搅扰并不需求很大的发生功率。典型的毛病呈现在射频场强为1～10V/m的范围内。在欧洲、北美和许多亚洲国家，避免射频搅扰损坏其他设备现已成为对一切产品在法律上的强制性规则。
(2)静电放电(ESD)。现代芯片工艺现已有了很大的前进，在很小的几许标准(0.18um)上元件现已变得十分密布。这些高速的、数以百万计的晶体管微处理器的灵敏性很高，很简略遭到外界静电放电影响而损坏。放电可所以直接或辐射的办法引起。直接触摸放电一般引起设备永久性的损坏。辐射引起的静电放电或许引起设备紊乱，作业不正常。
(3)电力搅扰。跟着越来越多的电子设备接入电力主干网，体系会呈现一些潜在地搅扰。这些搅扰包含电力线搅扰、电快速瞬变、电涌、电压改动、闪电瞬变和电力线谐波等。关于高频开关电源来说，这些搅扰变得很明显。
(4)自兼容性。一个体系的数字部分或电路或许搅扰模仿设备，在导线之间发生串绕(Crosstalk)，或许一个电机可以引起数字电路的紊乱。
别的，一个在低频可以正常作业的电子产品，当频率升高时会遇到一些低频所没有的问题。比方反射、串绕、地弹、高频噪声等。
一个不契合EMC规范的电子产品不是合格的电子规划。规划产品除了满意商场功用性要求外，还有必要选用恰当的规划技能来防备或免除EMI的影响。
3.PCB规划的EMC考虑
关于高速PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)规划中EMI问题，一般有两种办法处理：一种是按捺EMI的影响，另一种是屏蔽EMI的影响。这两种办法有许多不同的体现办法，特别是屏蔽体系使得EMI影响电子产品的或许性降到了最低。
射频(RF)能量是由印制电路板(PCB)内的开关电流发生的，这些电流是数字元件发生的副产品。在一个电源分配体系中每一个逻辑状况的改动都会发生一个瞬间的电涌，大多数情况下，这些逻辑状况的改动不会发生满足的接地噪声电压形成任何功用性的影响，但当一个元件的边缘速率(上升时间和下降时间)变得恰当快的时分便会发生满足的射频能量影响其他的电子元件的正常作业。
3.1 PCB上电磁搅扰发生的原因
不恰当的做法一般会在PCB上引起超出规范的EMI。结合高频信号的特性，与PCB级的EMI相关的首要包含以下几个方面：
(1)封装办法运用不恰当。如应该用金属封装的器材却用塑料封装。
(2)PCB规划欠安，完结质量不高，电缆与接头的接地不良。
(3)不恰当乃至过错的PCB布局。
包含时钟和周期信号走线设定不妥;PCB的分层摆放及信号布线层设置不妥;关于带有高频RF能量散布成分的挑选不妥;共模与差模滤波考虑缺乏;接地环路引起RF和地弹;旁路和去耦缺乏等等。
要完成体系级的EMI按捺，一般需求一些恰当的办法：这首要包含屏蔽、衬垫、接地、滤波、去耦、恰当布线、电路阻抗操控等。
3.2 电磁兼容的屏蔽规划
如今的电子产业界已愈来愈注意到SE/EMC(Shielding Effectiveness，SE，阻隔室屏蔽效益)的需求，而跟着更多电子组件的运用，电磁兼容性亦更遭到关心。电磁屏蔽就是以金属阻隔的原理来操控电磁搅扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传达电办法。一般包含两种：一种是静电屏蔽，首要用于避免静电场和稳定磁场的影响;另一种是电磁屏蔽，首要用于避免交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。
EMI屏蔽可使产品简略且有用的契合EMC的规范，当频率在10MHz以下时电磁波大多为传导的办法，而较高频率的电磁波则多为辐射的办法。规划时可以选用单层实心屏蔽资料、多层实心屏蔽资料、两层屏蔽或许两层以上屏蔽等新型资料进行EMI屏蔽。关于低频的电磁搅扰需求用厚的屏蔽层，最合适的是运用磁导率高的资料或磁性资料，如镍铜合金等，以取得最大的电磁吸收损耗，而关于高频电磁波可运用金属屏蔽资料。
在实践的EMI屏蔽中，电磁屏蔽效能很大程度上取决于机箱的物理结构，即导电的连续性。机箱上的接缝以及开口都是电磁波的走漏源。并且，穿过机箱的电缆也是形成屏蔽效能下降到首要原因。机箱上开口的电磁走漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的间隔相关。经过恰当地规划开口标准和辐射源到开口的间隔可以改进屏蔽效能。一般处理机箱缝隙电磁走漏的办法是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性资料，它可以坚持缝隙处的导电连续性。常见的电磁密封衬垫有：导电橡胶(在橡胶中掺入导电颗粒，使这种复合资料既具有橡胶的弹性，又具有金属的导电性。)、两层导电橡胶(它不是在橡胶一切部分掺入导电颗粒，这样取得的优点是既最大极限地坚持了橡胶的弹性，又确保了导电性)、金属织造网套(以橡胶为芯的金属织造网套)、螺旋管衬垫(用不锈钢、铍铜或镀锡铍铜卷成的螺旋管)等。别的，当对通风量要求比较高时，有必要运用到波导通风板，这种板恰当于一个高通滤波器，对高于某一频率的电磁波不衰减经过，但关于低于这一频率的电磁波则进行很大的衰减，合理运用到波导的这种特功用够很好的屏蔽EMI的搅扰。
3.3 电磁兼容的合理PCB规划
跟着体系规划复杂性和集成度的大规模前进，电子体系规划师们正在从事100MHZ以上的电路规划，总线的作业频率也现已到达或许超越50MHZ，有的乃至超越100MHZ。当体系作业在50MHz时，将发生传输线效应和信号的完好性问题;而当体系时钟到达120MHz时，除非运用高速电路规划常识，不然依据传统办法规划的PCB将无法作业。因而，高速电路规划技能现已成为电子体系规划师有必要采纳的规划手法。只要经过运用高速电路规划师的规划技能，才干完成规划进程的可控性。
一般以为假如数字逻辑电路的频率到达或许超越45MHZ~50MHZ，并且作业在这个频率之上的电路现已占到了整个电子体系必定的份量(比方说1/3)，就称为高速电路。实践上，信号边缘的谐波频率比信号自身的频率高，是信号快速改动的上升沿与下降沿(或称信号的跳变)引发了信号传输的非预期成果。要完成契合EMC规范的高频PCB规划，一般需求选用以下技能：包含旁路与去耦、接地操控、传输线操控、走线终端匹配等。
(1)旁路与去耦
去耦是指去除在器材切换时从高频器材进入到配电网络中的RF能量，而旁路则是从元件或电缆中搬运不想要的共模RF能量。
一切的电容器都是由LCR电路组成，其间L是电感，它与导线长度有关，R是导线中的电阻，C是指电容。在某一频率上，该LC串联组合将发生谐振。在谐振状况下，LCR电路将有十分小的阻抗和有用的RF旁路。当频率高于电容的自谐振时，电容器渐变为理性阻抗，一起旁路或去藕作用下降。因而，电容器完成旁路与去耦的作用受引线长度，以及电容器与器材间的走线、介质填料等的影响。抱负的去耦电容器还可以供给逻辑设备状况切换时所需的一切电流，实践上是电源和接地层间的阻抗决议电容器可以供给的电流的多少。
当挑选旁路和去耦电容时，可经过逻辑系列和所运用的时钟速度来核算所需电容器的自谐振频率，依据频率以及电路中的容抗来挑选电容值。在挑选封装标准是尽量挑选更低引线电感的电容，这一般体现为SMT(Surface Mount Technology)电容器，而不挑选通孔式电容器(如DIP封装的电容器)。别的在产品规划中，也常常选用并联去耦电容来供给更大的作业频带，削减接地不平衡。在并联电容体系中，当高于自谐振频率时，大电容体现理性阻抗并随频率增大而添加;而小电容则体现为容性阻抗并随频率添加而削减，并且此刻整个电容电路的阻抗比独自一个电容时的阻抗要小。
