PCB的EMC设计Word下载.docx

1、2. PCB的布局设计建议归结如下：当高速、中速和低速数字电路混用时，在印制板上要给它们分配不同的布局区域。对低电平模拟电路和数字逻辑电路要尽可能地分离。图1是印制板的最佳布局。因为这种布局可以使高频电流在印制板上的走线路径变短，有助于降低线路板内部的串扰、公共阻抗耦合和辐射发射。图2 则表示了在线路板上有模拟电路的情况。模拟与数字电路要分开；至于线路板上的逻辑电路仍采用图1的类似布局，即让高速逻辑电路尽可能在线路板的边缘。 图1：数字电路印制板的布局 图2：数字与模拟电路混合使用时的布局3. PCB的布线设计3.1 多层印制板设计基础在进行多层印制板设计时，首先要考虑的是带宽。要强调的是：数

2、字电路的电磁兼容设计中要考虑的是数字脉冲的上升沿和下降沿所决定的频带宽而不是数字脉冲的重复频率。矩形的周期数字脉冲的傅立叶展开有下面形式，个人收集整理 勿做商业用途t0是数字脉冲宽度，tr是数字脉冲的上升时问，T是数字信号的重复周期。根据这个结果可以把方形数字信号的印制板设计带宽定为1tr，通常要考虑这个带宽的十倍频。选择恰当的器件是设计成功的重要因素，特别在选择逻辑器件时，尽量选上升时间比5ns长的器件，决不要选比电路要求时序快的逻辑器件。多层印制板的电磁兼容分析可以基于克希霍夫定律和法拉第电磁感应定律。根据克希霍夫定律，任何时域信号由源到负载的传输都必须构成一个完整的回路，一个频域信号由源

3、到负载的传输都必须有一个最低阻抗的路径。这个原则完全适合高频辐射电流的情况，如果高频辐射电流不是经由设计中的回路到达目的负载，就一定是通过某个客观存在电回路到达的，这一非正常回路中的一些器件就会遭受电磁干扰。但是，人们常常忽略这个事实。在数字电路设计中，人们最容易忽略的是存在于器件、导线、印制线和插头上的寄生电感、电容和导纳。例如，电容器的等效电路应当是电容、电感和电阻构成的串联电路。多层印制板设计要决定选用的多层印制板的层数。多层印制板的层间安排随着电路而变，但有以下几条共同原则。（1） 电源平面应靠近接地平面，并且安排在接地平面之下。这样可以利用两金属平板间的电容作电源的平滑电容，同时接地

4、平面还对电源平面上分布的辐射电流起到屏蔽作用。（2） 布线层应安排与整块金属平面相邻。这样的安排是为了产生通量对消作用。（3） 把数字电路和模拟电路分开，有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同层；可采用开沟、加接地线条、分隔等方法补救。模拟的和数字的地、电源都要分开，不能混用。数字信号有很宽的频谱，是产生干扰的主要来源。（4） 在中间层的印制线条形成平面波导，在表面形成微带线，两者传输特性不同。（5） 时钟电路和高频电路是主要的干扰和辐射源，一定要单独安排、远离敏感电路。（6） 不同层所含的杂散电流和高频辐射电流不同，布线时，不能同等看待。下表为多层PCB的典型布层安排

5、：表1：多层PCB的典型布层安排123456789102层S1,GS2,P4层S1GPS26层S3S4差一般好8层S5S610层3.2 两个基本原则多层印制板设计中有两个基本原则用来确定印制线条间距和边距，现介绍如下：图3：20H原则20H原则 这是W.Michae1 King提出的，具体表述如下：所有的具有一定电压的印制板都会向空间辐射电磁能量，为减小这个效应，印制板的物理尺寸都应该比最靠近的接地板的物理尺寸小20H，其中H是两个印制板面的间距。在一定频率下，两个金属板的边缘场会产生辐射；减小一块金属板的边界尺寸使其比另一个接地板小，辐射将减小。当尺寸小10H时，辐射强度开始下降，当尺寸小2

6、0H时，辐射强度下降70，当尺寸小100H时，辐射强度下降98。根据20H原则，按照一般典型印制板尺寸，20H一般为3mm左右。2W原则 当两条印制线间距比较小时，两线之间会发生电磁串扰，串音会使有关电路功能失常。为避免发生这种干扰，应保持任何线条间距不小于二倍的印制线条宽度，即不小于2W，W为印制线路的宽度。印制线条的宽度取决于线条阻抗的要求，太宽会减少布线的密度，增加成本；大窄会影响传输到终端的信号的波形和强度。3.3 接地设计印制板接地是印制板设计的另一个基本的重要问题。设计数字电路时，很容易忽略接地问题。首先，要建立分布参数的概念，高于一定频率时，任何金属导线都要看成是由电阻、电感构成

7、的器件。所以，接地引线具有一定的阻抗并且构成电气回路，不管是单点接地还是多点接地，都必须构成低阻抗回路进入真正的地或机架。25mm长的典型的印制线大约会表现15nH到20nH的电感，加上分布电容的存在，就会在接地板和设备机架之间构成谐振电路。其次，接地电流流经接地线时，会产主传输线效应和天线效应。当线条长度为14波长时，可以表现出很高的阻抗，接地线实际上是开路的，接地线反而成为向外辐射的夭线。图4：多层印制板接地层连接最后，接地板上充满高频电流和干扰场形成的涡流，因此，在接地点之间构成许多回路，这些回路的直径（或接地点间距）应小于最高频率波长的1/20。3.4 其它布线要求印制电路板设计中应遵

8、循的一般原则：专用零伏线和VCC的走线宽度应1mm。要为模拟电路专门提供一根零伏线。单面或双面板的电源线和地线应尽可能靠近，最好的方法是电源线布在印制板的一面，而地线布在印制板的另一面，上下重合，这会使电源的阻抗为最低。另外，整块印制板上的电源和地线要呈“井”字分布，以便使布线的电流达到均衡。印制线路设计中还要特别注意电流流过电路中的导线环路尺寸，因为这些回路就相当于正在工作中的小天线，随时随地向空间进行辐射。特别是要注意时钟部分的走线，因为这部分是整个电路中工作频率最高的。信号走线（特别是高频信号）要尽量短，因为它们是典型的发射天线；晶振要尽量靠近IC，且布线要较粗；晶振外壳接地；PCB板上

9、的线宽不要突变，导线不要突然拐角。为了减少平行走线时的串扰，必要时可增加印刷线条间的距离；或在走线之间有意识地安插一根零伏线，作为线条之间的隔离；IC的电源管脚要加旁路电容（一般为104）到地。如有可能，在PCB板的接口处加RC低通滤波器或EMI抑制元件（如磁珠、信号滤波器等），以消除连接线的干扰；但是要注意不要影响有用信号的传输；PCB板的信号接口要尽可能多地分配一些零伏线的连接脚，并均匀地将信号线分开。4. 旁路电容和退耦电容设计印制板时经常要在电路上加电容器来满足数字电路工作时要求的电源平稳和洁净度。电路中的电容可分为退耦电容、旁路电容和容纳电容三类。退耦电容用来滤除高频器件在电源板上引

10、起的辐射电流，为器件提供一个局域化的直流，还能减低印制电路中的电流冲击的峰值。旁路电容能消除高频辐射噪声。噪声能限制电路的带宽，产主共模干扰。平滑或容纳电容是用来解决开关器件工作时电源电压会产生突降的问题。设计中最重要的是确定电容量和接入电容的地点。电容器的自谐振频率是决定电容设计的关键参数。电容器有引出线，就会给电容器附加了固有的电感和电阻，考虑这些因素，实际的电容可看成由电阻、电感、电容组成的串联谐振电路，如图5所示。图5：电容器等效电路因此，实际电容器都有自谐振频率，在自谐振频率以下，电容器呈电容性；高于自谐振频率时，电容器呈电感性，阻抗随频率增高而增大，使旁路作用大大下降。谐振频率为个

11、人收集整理 勿做商业用途应该选择谐振频率高的电容器。典型的陶瓷电容器的引线大约有6mm长，会引入15nH的电感，这种类型的电容器对应的自谐振频率列在下表中。表2：电容器的自谐振频率电容器的电容值（uF）0.10.010.001电容器的自谐振频率（MHz）2.51550电源板和接地板之间构成的平板电容器也有自谐振频率，这一谐振频率如果与时钟频率如果与时钟频率谐振，就会使整个印制板成为一个电磁辐射器。 这一谐振频率可以达到200MHz400MHz，采用20H原则还可以使这个谐振频率提高2-3倍。采用一个大容量的电容器与一个下容量的电容器并联的方法可以有效地改善自谐振频率特性，当大容量的电容器达到谐振点时，大电容的阻抗开始随频率增加而变大；小容量的电容器尚未达到谐振点，仍然随频率增加而变小并将对旁路电流起主导作用。退耦电容的电容量按式计算，式中I为瞬变电流、V为逻辑器件工作允许的电源电压值的变化、t为开关时间。在电源引线比较长时，瞬变电流引起较大的压降，此时就要加容纳电容以便维持器件要求的电压值。设计时，先计算允许的阻抗Zm，个人收集整理 勿做商业用途 Zm=V/I然后，由线条电感Lw求出不