Sam Holland
電磁幹擾（EMI），又稱「電噪聲」，是在各種電路中最常見的問題之一。任何帶有快速變化電流的電路都容易通過雜散電磁場產生電磁（EM）幹擾。
什麼是電噪聲？
電噪聲是系統受雜散電磁場影響時發生的現象。這些磁場通常源自相關元件中的電流和電壓變化，並且可以通過輻射或通過與導體的物理接觸進行傳輸。電噪聲給電子和電氣裝置帶來一些挑戰，這些挑戰可能損害其功能並對內部部件甚至整個裝置造成損壞。因此，有必要儘量減少其影響，以確保系統按預期運行。
為了產生噪聲，必須存在以下三個方面：電磁輻射源——產生EMI的元件或系統；傳播途徑——EMI可以通過輻射或物理接觸傳播；接收介質——受到幹擾的電路。隨著電子設備變得越來越複雜和小型化，集成到PCB中的元件數量正在增加。這些元件中的一些通常在運行過程中會發射EM能量。此外，沒有噪聲過濾系統的電力系統可能會受到EM噪聲的有害影響。最常見的EMI問題是射頻（RF）噪聲、電源線噪聲和靜電放電（ESD）。
電力線幹擾與高壓裝置有關。在高電壓下，當導體的高電場強度未被適當過濾時，電源線將發出可聽見的噪聲。這種聲音是由「電暈放電」引起的：這種現象產生可見光，可以在裸導體附近觀察到。靜電放電（ESD）在靜電荷轉移到電氣系統時會產生電磁幹擾。它可能導致元件損壞或降低信號質量。由諸如發射器、LED燈、雙向和放大器之類的電子元件產生的RF噪聲也產生可能損害無線電/數據傳輸中的信號完整性的EM波。
電路板上的感應線圈。圖片由Pixabay提供。
減少電磁幹擾的技術
我們現在將討論一些在電子電路中減少EMI的最佳實踐。工程師可以考慮在他們的PCB設計中使用以下技術。
適當的布局或元件布置
元件在PCB上的排列方式會影響將產生的電磁能的數量。設計PCB元件布局的最佳實踐涉及以下內容：模擬和數字電路的分離，以防止信號傳輸過程中的串擾；信號電纜與電源線分離，以保持信號完整性；高速走線與走線布局中的低速走線分開；返迴路徑儘可能短。
EMI屏蔽
在電子電路中，最有效的方法之一就是使用EMI屏蔽。常見的屏蔽裝置是法拉第籠：由合適厚度的導電材料製成的外殼，其有助於阻止RF波的通過。所用元件的屏蔽效能與材料的導電率成正比。因此，工程師必須使用低電阻的高導電率材料，以顯著減弱EM輻射。
EMI濾波
EMI濾波器是用於衰減電力系統和電子電路中產生噪聲的裝置。濾波允許低頻信號通過，同時阻塞導致電子幹擾的高頻信號。例如，包含電感器和電容器的EMI濾波器可以將直流電機中產生的噪聲降到最低。
PCB上的無源元件。圖片由Pixabay提供。
正確接地
在電路設計中，確保正確的接地對減少電磁幹擾至關重要。在PCB中，接地層為電源接地端子提供0伏線路。通常，接地平面的橫截面積越大，整個電路板的EMI就越有效。工程師可以採用以下接地技術來最大限度地減少PCB中的EMI：在地平面太小的地方使用多層電路板；將地平面分成模擬和數字部分，以防止噪聲耦合；在地平面中集成去耦電容，以最大限度地減小回流路徑；不會造成太多的接地連接，從而在電路板上輻射更多的EMI。
差分對布線
適當的差分對布線可幫助設計人員在高速電路中最大限度地減少噪聲並保持信號完整性。該技術用於設計平衡傳輸系統，在提高信噪比的同時，防止共模噪聲和信號丟失。創建差分對的一些最佳實踐包括：在差分對布線時，導電跡線應保持相互平行；差分對應有足夠的間隙以防止EM感應；在差分對布線時，應避免急轉彎，因為它們往往會產生EMI。如果需要曲線，則應使其平滑並偏離不超過45 °；差分對的走線長度應均勻匹配或保持在允許的失配容差範圍內。廣泛不匹配的長度會產生EM輻射，從而對信號完整性產生負面影響。