印制板的电磁兼容设计+Multisim对原理图仿真(8)
3.2.1 正弦波发生电路的原理图
原理图如图15所示：
图15 正弦波发生电路原理图
3.2.2 未考虑电磁兼容问题的PCB
使用Altium Designer对原理图进行PCB设计，未考虑电磁兼容问题所生成的PCB见下图16。
图16 未考虑电磁兼容的PCB
对图16所示PCB的电磁兼容性能总体分析：
(1) 器件的布局比较凌乱，虽然考虑了45°角布线，但是大量走线相互交错，串扰严重，很容易产生EMI问题。
(2) 布线：走线长度不合理，有大量平行的长走线，走线之间的共模和差模干扰以及寄生效应很强，容易产生电感和电容效应，电磁干扰现象严重。
(3) 电源的位置：电源为整个PCB中能量的来源，提供稳定可靠的电源对电路板内部干扰的强弱和其抗干扰能力有着重大影响，是设计中的重中之重，减小供电环路面积，差模辐射就会减小，有助于减小电路的串扰，因此，电源应在电气连接上靠近地线，而不是上图中仅仅只是位置靠近地线。
(4) 滤波电路的位置：根据原理图电源的滤波器应当靠近电源附近。如果电源滤波器与电源离得太远，那么极有可能当信号还没进入滤波器之前，就已经把高频干扰耦合到电路中去了。
(5) 接地：地线在本PCB中没有起到很好的屏蔽作用，应使地线尽量从振荡部分旁走过，以减少空间电磁振荡产生的影响，并且电路信号频率较高，应该采用多点接地。
局部分析，提出改进方案：
图17 电源部分
电源应在电气连接上靠近地线，而不是如图17仅仅只是位置靠近地线。
图18 电源滤波电路
如图18所示，两导线距离太近，平行部分较长，在两导线之间很容易产生电容效应。在改进电路中拉大信号线线之间的距离，采用“3W”原则，尽量避免过长的平行信号线。
图19 接地部分
如图19所示，接地部分的4点与导线之间容易产生电容效应。应直接把地线与各点相连接。
图20 滤波器部分
图21 振荡器部分
3.2.3 改进后的印制板
下面针对原始PCB的不足之处对原始PCB进行优化。
考虑电磁兼容后PCB优化结果见下图22。
图22 考虑电磁兼容后的PCB
优化后的PCB总体分析：
(1) 器件的布局比较整齐，没有大量交叉信号线，不容易产生EMI问题。
(2) 布线：走线长度合理，不再有大量距离较近的长信号线平行，有效避免了串扰的发生，减弱了电容和电感效应。
(3) 电源的位置：经调整后，电源不但在位置上靠近地线，在电气连接上也靠近地线，使电源更加稳定。
(4) 滤波电路的位置：电源滤波器紧密靠近了电源，降低了信号在还没进入滤波电路之前就已经把高频干扰耦合到电路中的可能性。
(5) 接地：在本PCB中，振荡电路下采用大面积的接地面，起到了很好的屏蔽的效果，采用多点接地，有效的减低了地线长度，减小了地线阻抗。
上面通过正弦波发生电路的例子，对论文提出的在PCB设计阶段所提出的布局规则、走线规则、接地规则、滤波规则、去耦规则进行了实例分析，可以直观的看出所提规则的合理性。
在电子产品的生产过程中，无论何种印制电路板，想要较好的解决它的电磁兼容性问题，都是要从原理图设计和PCB设计两方面进行分析，这里提出了印制板电磁兼容设计的一般思路，论文提出的电磁兼容设计规则和解决方案都具有很好的推广性，而不仅仅只在上述两个电路中适用。
4. 结束语
本文针对印制板的电磁兼容问题，首先对电磁兼容基本问题进行介绍，然后从原理图和PCB两方面进行设计，提出元器件选择、电路设计、PCB布局布线、接地技术、去耦、滤波、隔离技术等减弱印制板中电磁干扰的优化方案。以自激振荡电路为例，验证了在原理图设计阶段所提出的高频电路采用就近多点接地、在输入端增加去耦和旁路电容去耦合的优化方案的合理性；以正弦波发生电路为例，验证在PCB设计阶段所提出的布局合理、避免过长的平行信号线和交错信号线、屏蔽强干扰源、多点接地优化措施的合理性。通过分析测试的结果，得出了印制电路板电磁兼容设计的规则，这些规则也可以应用于其他电子产品印制电路板的电磁兼容设计，具有较强的推广性，能够为电子企业生产中的电磁兼容设计提供一定指导。但是由于所选电路比较简单，未能涉及电磁兼容中的分层分模块安全接地等措施，在以后研究过程中还有待进一步验证。