本文討論了在微波電波暗室一致性測試之前構建 PCB 低 EMI 原型的關鍵步驟，包括低輻射電路設計和預兼容性測試。 預兼容性測試包括使用 3D 電磁場仿真軟件對印刷電路板 (PCB) 布局模型進行仿真和 EMI 分析，以及使用頻譜分析儀 (SA) 對原型 PCB 進行近場電磁掃描。 最后通過微波暗室測試對設計進行了驗證。

最小 EMI 電路設計

為確保低發射率 (RE)，在設計電路原理圖和 PCB 布局時必須采用最佳實踐，包括在電源電路、USB 數據線、以太網和其他信號中添加鐵氧體磁珠以過濾 EMI。 另外，可以在電源電路上適當放置足夠數量的去耦電容，使配電網絡的阻抗最小，從而降低數字負載產生的噪聲紋波幅度，降低輻射風險。 同時，優化開關電源的閉環補償網絡設計，實現穩定的閉環，可以保證電壓輸出可控，最大限度降低開關噪聲紋波幅度。 降低噪聲紋波幅度可以顯著降低原型的 EMI 風險。

高頻或快速上升/下降沿信號的 PCB 布線應參考連續電路（例如參考地平面）以降低 EMI 風險。 走線不得穿過任何分割面或孔洞。 如果信號需要通過過孔在層與層之間傳輸，至少應在信號過孔附近放置一個接地過孔，作為信號電流從接收端到發送端的回流路徑。 如果沒有合適的返回路徑，返回電流可能會在 PCB 中隨機傳輸并成為潛在的 EMI 源。

優良的接地方案也是將EMI降至最低的關鍵因素。 所有PCB設計都必須避免接地環路，因為接地環路在返回信號電流通過時會形成輻射發射器。 通過將接地設計為寬參考平面，可以構建出色的接地方案。 不同電路組（如射頻、模擬和數字電路）的地平面應物理隔離，并通過鐵氧體磁珠建立電路連接，以幫助防止高頻噪聲在電路組之間傳播。

PCB布局設計完成后，需要進行EMI分析仿真，確保PCB在制造前具有低輻射風險。 省略 EMI 仿真可能無法保證 PCB 的 EMI 性能，這將導致重新設計。 如果 EMI 仿真結果滿足技術規范要求，設計人員可以開始 PCB 制造，然后使用頻譜分析儀對原型 PCB 進行近場電磁掃描。 EMI仿真和近場電磁掃描等預兼容性測試可以增加設計人員的信心，確保原型具有低EMI。 完成預兼容性測試后，被測設備即可進行實際的微波電波暗室EMI一致性測試。

仿真EMI分析

完成PCB版圖設計后，將版圖文件導入EMPro 2013.07進行3D EMI仿真。 通過選擇差分信號，采用有限元法（FEM）模擬三維電磁場。 三維電磁場仿真是設置電磁邊界條件和模型網格尺寸，求解麥克斯韋方程的過程。 為保證仿真結果的準確性，邊界尺寸應設置為PCB厚度的8倍以上，網格尺寸應設置為PCB寬度的1/5以下。 運行三維電磁場的計算機需要配置16G以上的內存和100G以上的存儲容量才能保證分析的順利進行。

設置遠場傳感器捕捉發射電磁場，使用EMPro的EMI仿真模板計算遠場發射功率，然后設置電場探頭10m距離繪制頻域響應圖。 然后，進行了時域有限差分（FDTD）模式的三維電磁場仿真，并將仿真結果與FEM模式的仿真結果進行了比較。

見30MHz~1GHz頻率的電場強度仿真圖（圖1）（電場強度單位：dBμ5。頻率單位：GHz），輻射功率電平（藍色曲線為FEM模式仿真，紅色曲線為 FDTD 模式模擬）低于 V（綠色虛線）的最大 FCC 閾值約 45dB μ。

近場電磁測量

在原型 PCB 制作和組裝后，使用頻譜分析儀對原型進行近場電磁掃描。 連接到頻譜分析儀的單匝線圈捕獲原型發射的近場。 圖2為30MHz~1GHz頻率范圍內的頻域信號（電磁場功率電平單位為dB，頻率單位為Hz）。

最大功率強度峰值 (- 66.4dBm) 出現在 400MHz 附近。 作為近場傳感器的線圈在被測設備的 3 英寸范圍內移動。 30kHz頻譜分析儀的分辨率帶寬可實現低背景噪聲（-80dBm）測量，因此尖峰（不同離散頻率的輻射）清晰可見。 為增強樣機通過微波暗室遠場（3m和10m）EMI一致性測試的信心，近場峰值功率應低于-65dBm。

EMI 一致性測試

微波暗室樣機3m遠場EMI一致性測試結果。 紅線表示CISPR 11 Class A的最大輻射發射功率電平：30MHz~1GHz頻率范圍內小于56dB μ V。紅線下方的棕色曲線表示TechnoTech的EMC指南中規定的保護頻段（ 前安捷倫）。 輻射波的垂直和水平分量分別由藍色和綠色曲線表示。 38dB 在 400MHz 和 560MHz μ V 和 37 dB μ V 的峰值功率低于最大閾值。

概括

低EMI電路設計和預兼容性測試（如3D EMI仿真和近場電磁掃描）非常重要，可以避免不必要的PCB再制造，節省開發成本和時間，縮短微波電波暗室EMI一致性測試的時間， 確保電子器件按時甚至提前投放PCB市場。