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1、PCB电磁兼容设计,电磁兼容技术讲座,2,基本内容,信号的频谱分析 干扰源分析布线设计技术叠层设计技术 地线设计技术 电源完整性（PI）分析,PCB电磁兼容设计,3,信号的频谱分析,V(t),t,PCB电磁兼容设计,4,信号的频谱分析,A1 = 2 / TA2 = 0.64 / T fA3 = 0.2 / T tr f2,PCB电磁兼容设计,上升（或下降）时间越短，信号所含高频分量越丰富。,5,常见逻辑器件的上升时间,PCB电磁兼容设计,举例：如 tr = 10nS，则频谱带宽为BW = 1/tr = 32MHz,逻辑器件是一种骚扰发射较强的、最常见的宽带骚扰源，器件的翻转时间越短，对应的逻辑
2、脉冲所占的频谱越宽。,6,I 噪声干扰,PCB电磁兼容设计,共模干扰与差模干扰,PCB电磁兼容设计,共模干扰,PCB电磁兼容设计,E = K f L I,E - 幅射电场强度(远场)f - 电流频率L 线的长度I 共模电流大小,差模干扰,PCB电磁兼容设计,E - 幅射电场强度(远场)f - 电流频率A - 回路面积I - 回路中电流大小,E = K f2 A I,10,电路的差模抗扰性,PCB电磁兼容设计,H, = K f A H, 电路上的干扰电压f 干扰电磁场频率A - 回路面积H 干扰磁场,11,串扰,PCB电磁兼容设计,当一根信号线上有高频电流流过时，在PCB板上与之相邻的信号线上就
3、会感应出干扰电压。,串扰,一个重要的设计原则,PCB电磁兼容设计,布局、布线时应使所有信号回路面积（特别是高频信号和敏感信号回路面积）尽可能小。,信号回流,PCB电磁兼容设计,低频：最小电阻【最短距离】,高频：最小阻抗【最小面积】,信号回流,PCB电磁兼容设计,信号频率较高时的回流分布,15,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,3W 原则,对于时钟线、差分线对、复位线及其它高速强辐射或敏感线路，当线宽为W时，其与相邻线径的中心线距应大于3W。,16,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,差分线对的3W 原则,此间距可根据差分线对的阻抗要求进行调整,17,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,单面板,双面
4、板,18,不良布线举例,PCB电磁兼容设计,19,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,高速信号线不要在分割区上跨越，不要在无关的参考平面上方穿行。,20,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,在模拟电路和射频电路设计中，以及没有电源地平面的双面板中，常常用保护线来对关键信号进行保护，使其免受其它信号的串扰。一般保护线连接地网络，并在线的两端与地相接。频率很高时，保护线上用多个过孔接地，过孔之间的距离应小于板上最高频率所对应波长（）的1/20。对于有完整地平面的数字电路，一般不用保护线。,21,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,高速信号的走线不允许出现锐角和直角。1GHz以上的信号应该尽量使用圆弧 走
5、线。,为了减少高频信号的辐射和干扰，高频信号尽量安排在内层。当走线的长度大于信号频率所对应波长（）的1/20时必须走内层。,差分对应平行等距等时延走线，保持对称，使电路对共模干扰有良好的抑制。,22,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,I/O信号应避开高速和高di/dt信号等干扰源。连接器上应该安排足够的接地管脚。,23,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,时钟线应避免换层,24,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,任意相邻的信号层应尽可能采取垂直正交的布线方向。,25,布线设计原则,PCB电磁兼容设计,不要在单板上布设无意义的线；测试线应尽可能短；不要在信号层上敷地时形成长条导线。 信号层上信号线
6、之间的地应通过足够多的过孔接到地平面。,26,布线设计原则（例）,PCB电磁兼容设计,27,布线设计原则（例）,PCB电磁兼容设计,28,布线设计原则（例）,PCB电磁兼容设计,29,扁平电缆的使用,PCB电磁兼容设计,30,共模干扰的抑制,PCB电磁兼容设计,叠层设计,PCB电磁兼容设计,四层板,叠层设计,PCB电磁兼容设计,六层板（性能一般）,叠层设计,PCB电磁兼容设计,六层板（性能好）,叠层设计,PCB电磁兼容设计,八层板,性能一般,性能好,叠层设计,PCB电磁兼容设计,十层板,叠层设计,PCB电磁兼容设计,十层板（性能好）,地层设计,PCB电磁兼容设计,20H 原则,20H 3mm,
7、10H,20H70%,100H98%,地层设计,PCB电磁兼容设计,对于多层板，应保证地平面的完整性，地平面内不应有大的开口。,提供较稳定的参考电平 提供小的信号回路面积 使 信号线具有确定的和较均匀的特性阻抗 可以控制信号间的串扰,优点：,39,举例,地层设计,PCB电磁兼容设计,40,举例,地层设计,PCB电磁兼容设计,信号层,地 层,41,地层设计(例),PCB电磁兼容设计,42,地层设计(例),PCB电磁兼容设计,43,地层设计(例),PCB电磁兼容设计,44,举例 （ bad ）,地层设计,PCB电磁兼容设计,45,地层设计,PCB电磁兼容设计,当PCB中有多个地平面层时，应该在板上
8、用较多分散的过孔将地平面连接在一起，特别在信号集中换层的地方，以便为换层的信号提供较短回路和降低辐射。如在平面的四周用过孔将地平面连接在一起，可以有效的降低PCB对外的辐射。,46,地层设计（举例）,PCB电磁兼容设计,16层板：T / G1 / S1 / G2 / P1 / S2 / G3 / S3 / P2 / S4 / G4 / S5 / G5 / S6 / G6 / B,47,地层设计（举例）,PCB电磁兼容设计,缺少连接地层的过孔,48,地层设计（举例）,PCB电磁兼容设计,可在红色箭头标记的位置加连接地的过孔,关于地层的分割,PCB电磁兼容设计,分割 - 适用于数字电路与模拟电路之
9、间没有信号联系,布局时将数字电路和模拟电路分开，器件排列尽量紧凑，布线时避免数字电路的信号跨越模拟电路区域，避免模拟电路的信号跨越数字电路区域。两个区域隔离足够的距离。数字地与模拟地分割，然后在插座处单点连接，见左图。这样能最大限度地抑制数字电路对模拟电路的干扰。,关于地层的分割,PCB电磁兼容设计,分割 + 桥接 - 适用于数字电路与模拟电路之间联系的信号线较少且集中,关于地层的分割(例),PCB电磁兼容设计,举例,关于地层的分割(例),PCB电磁兼容设计,举例(bad),关于地层的分割,PCB电磁兼容设计,分区但不分割 - 适用于数字电路与模拟电路之间联系的 信号线较多且难以集中的情况,模
10、拟区,数字区,关于地层的分割(例),PCB电磁兼容设计,举例(bad),八层板TOPGND1SIG2PWRGND2SIG3GND3BOTTOM,关于地层的分割(例),PCB电磁兼容设计,举例(bad),56,地线设计,PCB电磁兼容设计,对于高频信号尤其是高频时钟信号，连接插座上信号针的四周应用地线插针包围。,57,地线设计,PCB电磁兼容设计,PCB的布局设计,PCB电磁兼容设计,布局时应该将数字电路和模拟电路分开，各区内器件排列尽量紧凑，留出足够的隔离空间,混合电路,PCB的布局设计,PCB电磁兼容设计,布局时应根据速率高、中、低速、I/O电路分区，以减少高速电路对其它部分的干扰,数字电路
11、,PCB的布局设计,PCB电磁兼容设计,模拟电路,布局时应根据频率高、中、低进行分区，必要时应采取屏蔽隔离措施，以减少电路之间的干扰敏感电路应尽可能远离干扰电路，以减少干扰电路对敏感电路的干扰,PCB的布局设计,PCB电磁兼容设计,电源完整性分析,PCB电磁兼容设计,产生较强的辐射骚扰。降低VCC，影响芯片的正常工作。,开关电流产生的问题,解决办法,PCB电磁兼容设计,设置去耦电容,去耦电容的选取,PCB电磁兼容设计,I：VCC脚流入的最大电流,t：IC的开关时间,V：VCC允许的压降,去耦电容的布局,PCB电磁兼容设计,poor,good,去耦电容应尽可能靠近VCC脚和地之间放置,去耦电容的
12、布局(举例),PCB电磁兼容设计,去耦电容的布局(举例),PCB电磁兼容设计,去耦电容的布局(举例),PCB电磁兼容设计,1.5V电源的去耦电容,3.3V电源的去耦电容,去耦电容的布局(举例),PCB电磁兼容设计,1.2V电源的去耦电容,3.3V电源的去耦电容,去耦电容的布局(举例),PCB电磁兼容设计,1.5V电源的去耦电容,3.3V电源的去耦电容,71,参考资料,Printed Circuit Board Design Techniques for EMC Compliance EMC and the printed circuit board, Mark I.Montrose High speed digital design-A handbook of black magic, HOWARD W.JOHNSONPCB电磁兼容技术-设计实践顾海洲，马双武，清华大学出版社,PCB电磁兼容设计,72,谢谢,PCB电磁兼容设计,
