标题EMC设计中比环路面积更重要的是什么？

标题EMC设计中比环路面积更重要的是什么？ 转载

我们都知道信号线与回路的环路面积对电路EMC特性影响很大，理论上环路面积越大，信号的天线效应越明显，EMC特性也越差。其实除了环路面积，电路设计中另一指标对EMC特性的影响还更大。下面通过实验演示给大家介绍。

试验示范

图一 印制电路板配置

实验演示包括印刷电路板上的两种配置：共面带状线和微带线（图一）。两条线的长度L= 100毫米。共面带状线：Ws（信号线宽） = Wg（地线宽） =0.5毫米。两条走线之间的距离d = 0.5 mm。微带线：Ws （信号线宽）= 0.5mm。微带线下方的接地平面宽度为Wg= 26 mm。介质高度为h = 1.5mm。铜厚度为35微米，FR4板材料的相对介电常数为εr = 4.7。图二为演示demo板：

图二 共面带状线和微带线的测试样板

图三为实际测试布置。测试板上两线路一端接SMA 50Ω负载。线路另一端的用1m长的编织同轴电缆线连接到Rigol DSA815频谱分析仪的信号输出口。信号输出口产生在30-100MHz的频率范围内100dbuv（100mv）的信号。两线路中差模电流Idm=100mV/50Ω=2mA。使用电流探头检测同轴线缆上的共模电流Icm。电流探头连接到频谱分析仪的输入端，频谱分析仪设置最大保持记录共面带状线和微带线上的共模能量。

图三 共面带状线和微带线共模电流测试布置

现在让我们来看看高频信号电流的环路面积。对于共面带状线，信号电流环路面积近似L×d = 100 mm×0.5 mm = 50 mm2。微带线的信号回路面积是L×h = 100mm×1.5mm =150 mm2。在我们的实验演示中，微带线比共面带状线的电流环路面积大3倍。在高频（> MHz），信号回流会走路最低阻抗径，也是最小电感的路径，通常这条路径也是最小环路面积的路径。电流会尽可能靠近输出电流的路径返回。在微带线的情况下，大部分返回电流直接在信号线下方的地平面回流。

测试结果和讨论

测量结果如图四。共面带状线比微带线回流环路面积小三倍的情况下，在30mhz-300mhz的频率范围内，共面带状线比微带线共模能量还要高，最多高20db。

图四 测试结果

我们知道地线上共模电压的多少取决于地线的分布电感：Vcm = Idm×2π×f×Lg。可用如下公式近似的计算地线的分布电感：

地线分布电感Lg（H）与h（m）成比例，并与Wg（m）成反比。

微带线配置参数为（h=1.5mm，Wg=26mm），通过公式计算的： 微带线的地线分布电感约为：Lg= 36nH / m。共面带状线配置（d = 0.5 mm，Wg = 0.5 mm），地线分布电感约为：Lg = 300nH / m，共面带状线的地线分布电感将近是微带线的10倍。

总结

从实验中我们了解到，虽然微带线的差模电流回路面积是共面带状线的3倍，但微带线的共模能量在频率范围内却要低得多（20 dB）。造成这样结果的主要原因是地线的分布电感。微带线的接地平面具有比共面带状线接地走线低得多的分布电感，这样导致微带线地线上的电压会更低，因此共模能量也会更小。

我们可以得出结论， EMC设计中的一个重点是：

尽量最小化地线（信号回流）的分布电感。

在印刷电路板上如何实现？

缩短接地回路引线长度。
信号线靠近接地平面。
增大接地线的宽度或直接使用接地平面。
参考文献： Marcel van Doorn《What is the Most Important EMC Design Guideline?》