在 “掌握 PCB 设计中的 EMI 控制” 系列的第二篇文章中，我们将深入探讨维持低电磁干扰（EMI）的关键概念之一。电路板分区（又称电路板分割）是一种用于组织印刷电路板（PCB）不同电路部分并使其相互隔离的方法。这一技术可提升电路板的整体性能，尤其是在 EMI 控制方面。它不仅有助于减少电磁干扰，还能增强 PCB 设计的信号完整性。3. 减小电流环路面积以降低辐射，并提升对外部干扰的抗扰度。
高速信号与低速信号及其谐波
第一个核心概念涉及控制快速切换信号产生的高能量谐波成分，以及其电流随时间变化的速率。电流变化速率越高，信号中的谐波能量越强，辐射风险也随之增加。第二个概念是：信号的返回电流会随信号频率发生变化。这是因为信号传播过程中遇到的阻抗不仅包含导体的电阻，还包括电容，尤其是环路电感。随着信号频率升高，阻抗的感性分量（与频率相关）会显著增大。
返回路径的差异
由于电流总是趋向于低阻抗路径，因此需要明确：当信号频率升高时，返回电流会紧密跟随信号电流，以最小化电感环路；反之，在低信号频率下，电感影响减弱，阻抗的阻性分量占主导地位。
此时返回电流会扩散到导体表面以寻找最小电阻路径。对于 PCB 设计者而言，关键在于：返回电流流回源端的路径取决于信号频率。
图 1 - Altium Designer 中基于频率的不同返回电流路径示例作为 PCB 设计者，我们的任务是最小化这些返回电流之间的干扰，避免可能导致电磁辐射的共阻抗耦合。为此，可在 PCB 中划分特定区域或分区，每个分区专用于特定类型的电路。这也能缩小电流环路，减少差模电流产生的辐射。或许有人会尝试通过分割返回参考平面（RRP）来进一步隔离不同电路的返回电流路径，但这一做法不符合 EMC 标杆实践 —— 因为它会在两个金属区域之间产生电压差，形成类似天线的结构，进而引发电磁辐射。
图 2 - Altium Designer 中错误的平面分割示例正确的解决方案是采用完整的低阻抗返回参考平面，使返回电流能够找到优选路径流回源端。该平面不应存在切口、分割或大的间隙，以免成为共模噪声源。元件布局应根据电路类型和功能划分为不同的独立区域：对于混合信号电路板，典型的分区包括数字区、电源区、模拟区、输入 / 输出（I/O）区，必要时还可设置滤波区。例如，数字区应远离其他元件。尽管返回电流会紧密跟随信号走线，但信号谐波中的高能量成分仍可能更有效地辐射，并与电路板的其他区域耦合。
典型案例是时钟信号耦合到电路板其他部分的网络（如电源和模拟区），而这些区域可能连接电缆，电缆会充当天线，加剧辐射。
电缆形成的天线结构
输入 / 输出区至关重要：一方面需限制噪声注入电缆，另一方面需通过滤波技术和屏蔽进一步隔离，以减少外部干扰或抑制电路板的噪声辐射。布局时必须考虑电缆及周围设备或结构。数字区应远离 I/O 区域，理想情况下位于电路板中央而非边缘，避免高能量谐波耦合到电缆或从边缘辐射。
图 3 - Altium Designer 中错误的平面分割示例此外，建议将所有输入 / 输出电缆集中布置在电路板的一侧而非多个边缘，以避免电缆之间的电压差，防止形成类似天线的结构（这类结构会加剧数字信号或噪声的辐射）。
结论
遵循上述建议，可有效减少辐射发射，并限制外部干扰耦合到设计中。在下一篇文章中，我们将探讨如何选择 PCB 叠层结构，以提升 EMI 性能并降低风险。实现 PCB 设计的高标准需要一套能够精确控制设计各方面的工具。Altium Designer® 提供全面的 PCB 设计、布局和仿真功能，确保设计满足所有要求，并简化电路板分区流程。
集成的设计规则引擎和在线仿真工具可在 PCB 布线过程中验证设计合规性，确保更高的设计标准。设计完成后，可通过 Altium 365™平台无缝向制造商发布文件，简化协作和项目共享。
文章来源：Altium
