刚入行的时候,我也经常盯着板子犯愁:“原理没错、焊接没虚,为啥一上电干扰就大得离谱?” 后来碰的项目多了才发现,PCB 的电磁干扰(EMI)不是凭空来的,都是设计里的小细节没到位。今天就掰扯掰扯,电磁干扰大的常见 “病根”,帮你对症下药。
接地是 EMI 的 “重灾区”,最常见的就是 “数字地、模拟地混着铺”。数字电路的地电流是 “脉冲式” 的,比如 CPU 的 IO 口翻转时,地电流能突然跳到几百毫安,要是和模拟地混在一起,这股电流会在地面上产生电压差,直接干扰模拟电路的弱信号。
我碰过一个温度采集板客户,把 AD 芯片的数字地和模拟地焊在一块,结果采集的温度值跳变能到 ±2℃;把两地分开,用 0Ω 电阻单点连接后,跳变降到 ±0.2℃—— 这就是地电流乱串的锅。
开关电源、线性电源的纹波,是电磁干扰的 “隐形发射机”。很多人只在电源入口贴个大电容,却不给每个芯片的电源引脚贴小电容 —— 电源纹波会顺着电源线串到每个器件,尤其是高频纹波,能辐射到整个空间。
之前有个客户做 LED 驱动板,只在电源入口贴了个 100μF 的电解电容,没给驱动芯片贴 0.1μF 的陶瓷电容,结果 LED 闪烁时,旁边的收音机全是杂音;给每个芯片贴了小电容后,杂音直接消失了 —— 小电容能把高频纹波 “就地吸收”,不让它乱跑。
高速信号线(比如 DDR、USB)布线不规范,是 EMI 的 “常客”。比如线长不匹配、过孔太多、平行布线太长:
- 线长不匹配会导致信号反射,反射波和原信号叠加,会产生额外的电磁辐射;
- 过孔会引入寄生电感,一个过孔的寄生电感大概是 1nH,过孔太多会让信号的高频成分 “跑出去”;
- 平行布线超过 10mm,会产生串扰,比如 A 线的信号会 “耦合” 到 B 线里。
我做过一个 USB2.0 的板子,刚开始平行布线走了 20mm,测出来的干扰电压超 50mV;把平行段剪到 5mm,干扰直接降到 10mV 以内。
晶振、开关电源、电机驱动这类器件,本身就是强干扰源,要是和敏感电路(比如传感器、AD 采样)贴太近,干扰会直接 “熏” 过去。
比如晶振,16MHz 的晶振辐射的高频信号,能干扰 1 米内的弱信号。我碰过一个客户,把晶振贴在 AD 采样芯片旁边,结果 AD 的采样误差超 10%;把晶振移到板边,中间隔了 30mm,误差降到 1% 以内 —— 拉开距离是最直接的隔离方法。
PCB 电磁干扰大,本质上就是 “干扰源没管住、敏感电路没保护、信号路径没理顺”。只要把接地、滤波、布线、布局这几件事做细,大部分干扰都能解决。