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1、.word可编辑. PCB板EMC技术设计E 作成者： 钟凯 20084修改日期修改人目 录1 EMC基础知识2 PCB分层设计3 PCB布局设计4 PCB布线设计5 附录 EMC基础知识电磁干扰（Electromagnetic Interference），简称EMI，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰；辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标
2、准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。电磁兼容性EMC标准不是恒定不变的，而是天天都在改变，这也是各国政府或经济组织，保护自己利益经常采取的手段。 1传导干扰 传导干扰一般是通过电压或电流的形式在电路中进行传播的。1-1回路电流产生传导干扰1-2电磁感应产生传导干扰2辐射干扰 辐射干扰一般是通过电磁感应的形式在空间进行传播的。3EMC三要素：干扰源 耦合途径 敏感设备静电，雷击，快速瞬变脉冲群，辐射电磁场等PCB分层设计 PCB一般分为单层板和多层板，多层板包括两层板，四层板，六层板，八层板，十层板等等。 1 概
3、述 多层印制板有更好的电磁兼容性设计。使得印制板在正常工作时能满足电磁兼容和敏感度标准。正确的堆叠有助于屏蔽和抑制EMI。2 多层印制板设计基础。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有一个最低阻抗的路径。见图一。图中I=I,大小相等，方向相反。图中I我们称为信号电流，I称为映象电流，而I所在的层我们称为映象平面层。如果信号电流下方是电源层（POWER），此时的映象电流回路是通过电容耦合所达到的。见图二。图一图三一分层应遵守的基本原则：1时钟频率超过5MHz，或信号上升时间小于5ns时，一般需要使用多层板设计。【原
4、理分析】 ：采用多层板设计时，信号回路面积能够得到很好的控制。2 对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。【原理分析】 ：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。3对于单层板，关键信号线两侧应该布“Guide Ground Line”。ICICPCB注：红线为关键信号线，蓝线为地线。【原理分析】 ：关键信号线两侧地“屏蔽地线”一方面可以减小信号回路面积，另外，还可以防止信号线与其他信号线之间地串扰。4对于双层板来说
5、，要求关键信号线地投影平面上有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“Guide Ground Line”。【原理分析】 ：原因同多层板中的“关键信号线靠近地平面布线”。5多层板中，电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H20H）。【原理分析】 ：电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制“边缘辐射”问题。6布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。【原理分析】 ：布线层如果不在其回流平面层地投影区域内，在布线时将会有信号线在投影区域外，导致“边缘辐射”问题，并且还会导致信号回路面积地增大，导致差模辐射增大。7在多层板中，单板TOP、BOTTOM层是否无50MHz的信号线。【原理分析】
6、：最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。8对于工作频率50MHz的PCB板，若第二层与倒数第二层为布线层、则TOP、BOTTOM层应铺接地铜箔。【原理分析】 ：同上条9多层板中，PCB板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻。【原理分析】 ：电源平面和地平面相邻，可以有效地减小电源电流的回路面积。10在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。IC电源线地线单层板IC电源线地线单层板GoodNG【原理分析】 ：减小电源电流回路面积。11在双层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。 【原理分析】 ：减小电源电流回路面积。12在分层设计时，尽量
7、避免布线层相邻的设置。如果无法避免布线层相邻，应该适当拉大两布线层之间的层间距，缩小布线层与其信号回路之间的层间距。【原理分析】 ：相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰。13相邻平面层应避免其投影平面重叠。【原理分析】 ：投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各层之间的噪声互相耦合。14推荐分层设计：1）四层板。由以下几种叠层顺序。下面分别把各种不同的叠层优劣作说明。注：S1 信号布线一层，S2 信号布线二层 ；GND 地层 ，POWER 电源层 第一种情况，应当是四层板中最好的一种情况。因为外层是地层，对EMI有屏蔽作用，同时电源层同地层也可靠得很近，使得电源内阻较小，取得最佳效果。但第
8、一种情况不能用于PCB板密度比较大的情况。因为这样一来，就不能保证第一层地的完整性，这样第二层信号会变得更差。另外，此种结构也不能用于PCB板功耗比较大的情况。表中的第二种情况，是我们平时最常用的一种方式。从板的结构上，也不适用于高速数字电路设计。因为在这种结构中，不易保持低电源阻抗。以一个板2毫米为例：要求Z0=50ohm. 以线宽为8mil.铜箔厚为35m。这样信号一层与地层中间是0.14mm。而地层与电源层为1.58mm。这样就大大的增加了电源的内阻。在此种结构中,由于辐射是向空间的，需加屏蔽板，才能减少EMI。表中第三种情况，S1层上信号线质量最好。S2次之。对EMI有屏蔽作用。但电源
9、阻抗较大。此板能用于PCB板功耗大而该板是干扰源或者说紧临着干扰源的情况下。2）六层板。A种情况，是常见的方式之一，S1是比较好的布线层。S2次之。但电源平面阻抗较差。布线时应注意S2对S3层的影响。B种情况，S2层为好的布线层，S3层次之。电源平面阻抗较好。C种情况，这种情况是六层板中最好的情况，S1，S2，S3都是好的布线层。电源平面阻抗较好。美中不足的是布线层同前两种情况少了一层。D种情况，在六层板中，性能虽优于前三种，但布线层少于前两种。此种情况多在背板中使用。3）八层板八层板，如果要有6个信号层，以A种情况为最好。但此种排列不宜用于高速数字电路设计。如果是5个信号层，以C种情况为最好
10、。在这种情况中，S1，S2，S3都是比较好的布线层。同时电源平面阻抗也比较低。如果是4个信号层，以表三中B种情况为最好。每个信号层都是良好布线层。在这几种情况中，相邻信号层应布线。4）十层板十层板，如果有6个信号层，有A，B，C三种叠层顺序。A种情况为最好，C种次之，B种情况最差。其它没有列出的情况，比这几种情况更差。在A种情况中，S1，S6是比较好的布线层。S2，S3，S5次之。这中间要特别指出的是，A同C，A种情况之所以好于C种情况，主要原因是因为在C种情况中，GND层同POWER层的距离是由S5同GND层距离决定的。这样就不一定能保证GND层同POWER层的电源平面阻抗最小。D种情况应当
11、说是十层板中综合性能最好的叠层顺序。每个信号层都是优良的布线层。E、F多用于背板。其中F种情况对EMC的屏蔽作用要好于E。不足之处是在于两信号层相接，在布线上要注意。总之，PCB的分层及叠层是一个比较复杂的事情。有多方面的因素要考虑。但我们应当记住我们要完成的功能，需要那些关键因素。这样才能找到一个符合我们要求的印制板分层及叠层顺序。实例说明：1 4层板层构成2XU78（正投） 层构成3MS5A层构成检讨PCB布局设计在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。 -考虑整体美观一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，
12、二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉。-布局的检查 印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合PCB制造工艺要求？有无定位标记？ 元件在二维、三维空间上有无冲突？ 元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？ 需经常更换的元件能否方便的更换？插件板插入设备是否方便？ 热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？ 调整可调元件是否方便？ 在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流是否通畅？ 信号流程是否顺畅且互连最短？ 插头、插座等与机械设计是否矛盾？ 线路的干扰问题是否有所考虑？ 一布局应遵守的基本原则： 1PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放置的设计原则，尽量避免来回环绕。【原理分析】 ：避免信号直接耦合，影响信号质量。2多种模块电路在同一PCB上放置时，数字电路与模拟电路、高速与低速电路应分开布局。【原理分析】 ：避免数字电路、模拟电路、高速电路以及低速电路之间的互相干扰。3 当线路板上同时存在高、中、低速电路时，应该遵从下图中的布局原则。【原理分析】 ：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。4存在较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块的输入输出端、风扇及继电器）附近应放置储能和高频滤波电容。【原理分析】 ：储能电容的存在可以减小大电流回路的回路面积。5线路板电源输入口的
