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1、EMC的PCB设计技术除了元器件的选择和电路设计之外，良好的印制电路板(PCB)设计在电磁兼容性中 也是一个非常重要的因素。PCB EMC设计的关键，是尽可能减小回流面积，让回流路径按 照设计的方向流动。最常见返回电流问题来自于参考平面的裂缝、变换参考平面层、以及流 经连接器的信号。跨接电容器或是去耦合电容器可能可以解决一些问题，但是必需要考虑到 电容器、过孔、焊盘以及布线的总体阻抗。本讲将从PCB的分层策略、布局技巧和布线规 则三个方面，介绍EMC的PCB设计技术。PCB分层策略电路板设计中厚度、过孔制程和电路板的层数不是解决问题的关键，优良的分层堆叠是保证 电源汇流排的旁路和去耦、使电源层
2、或接地层上的瞬态电压最小并将信号和电源的电磁场屏 蔽起来的关键。从信号走线来看，好的分层策略应该是把所有的信号走线放在一层或若干层， 这些层紧挨著电源层或接地层。对於电源，好的分层策略应该是电源层与接地层相邻，且电 源层与接地层的距离尽可能小，这就是我们所讲的“分层”策略。下面我们将具体谈谈优良的 PCB分层策略。1. 布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。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。2. 尽量避免布线层相邻的设置。因为相邻布线层上的平行信号走线会导致信号串扰，所以 如果
3、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。3. 相邻平面层应避免其投影平面重叠。因为投影重叠时，层与层之间的耦合电容会导致各 层之间的噪声互相耦合。多层板设计：时钟频率超过5MHz,或信号上升时间小于5ns时，为了使信号回路面积能够得到很好的控 制，一般需要使用多层板设计。在设计多层板时应注意如下几点原则：1. 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，如图1所示。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
4、小其 辐射强度或提咼抗干扰能力。信兮冋路图1关键布线层在两地平面之间2. 电源平面应相对于其相邻地平面内缩（建议值5H20H ）。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，如图2所示。图2电源平面应相对于其相邻地平面内缩此外，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻，以有效地 减小电源电流的回路面积，如图3所示。图3电源平面应与其地平面紧邻3单板TOP、BOTTOM层是否无50MHz的信号线。如有，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。单层板和双层板设计：对于单层板和双层板的设计，主要应注意关键信号线和电源线的设计。电源走线附近必须有
5、地线与其紧邻、平行走线，以减小电源电流回路面积。单层板的关键信号线两侧应该布“Guide Ground Line”，如图4所示。双层板的关键信号线 地投影平面上应有大面积铺地，或者同单层板地处理办法，设计“Guide Ground Line”，如图5所示。关键信号线两侧地保卫地线”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。图5双层板的关键信号线地投影平面上大面积铺地 总的来说，PCB板的分层可以依据下表来设计。椎荐分层设计；层数123456789104S1G1P1S26S1G1S2P1G2S36S1G1S2S3P1S48S1G1S2G2P1S3G3S48S1G
6、1S2P1G2S3P2S410S1G1S2P1S3G2P2S4G3S510S1G1S2S3G2P1S4S5G3S6PCB布局技巧PCB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，如图6 所示。这样可以避免信号直接耦合，影响信号质量。此外，为了防止电路之间、电子元器件 之间的互相干扰和耦合，电路的放置和元器件的布局应遵从如下原则：M口变IK器爱1TXJ - 图6电路模块沿信号流向直线放置1. 单板上如果设计了接口“干净地”，则滤波、隔离器件应放置在“干净地”和工作地之间的隔离带上。这样可以避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，削弱效果。此外，“干 净地”上，除了滤波和防
7、护器件之外，不能放置任何其他器件。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, 以避免数字电路、模拟电路、高速电路以及低速电路之间的互相干扰。另外，当线路板上同 时存在高、中、低速电路时，为了避免高频电路噪声通过接口向外辐射，应该遵从图7中的 布局原则。高速电路（如大规模 集成电路）低速电路 （如低频模 拟屯路）中速电路如数字控制电路）图7高、中、低速电路布局原则3. 线路板电源输入口的滤波电路应应靠近接口放置，避免已经经过了滤波的线路被再 次耦合。图8电源输入口的滤波电路应应靠近接口放置4. 接口电路的滤波、防护以及隔离器件靠近接口放置，如图9所示
8、，可以有效的实现 防护、滤波和隔离的效果。如果接口处既有滤波又有防护电路，应该遵从先防护后滤波的原 则。因为防护电路是用来进行外来过压和过流抑制的，如果将防护电路放置在滤波电路之后， 滤波电路会被过压和过流损坏。此外，由于电路的输入输出走线相互耦合时会削弱滤波、隔 离或防护效果，布局时要保证滤波电路（滤波器）、隔离以及防护电路的输入输出线不要相 互耦合。图9接口电路的滤波、防护以及隔离器件靠近接口放置5. 敏感电路或器件（如复位电路等）远离单板各边缘特别是单板接口侧边缘至少 looomil。6. 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
9、电容，以减小大电流回路的回路面积。7. 滤波器件需并排放置，以防止滤波后的电路被再次干扰。8. 晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件远离单板接口连接器至少looomil。 这样可将干扰直接向外辐射或在外出电缆上耦合出电流来向外辐射。PCB布线规则除了元器件的选择和电路设计之外，良好的印制电路板（PCB）布线在电磁兼容性中也是一 个非常重要的因素。既然PCB是系统的固有成分，在PCB布线中增强电磁兼容性不会给产 品的最终完成带来附加费用。任何人都应记住一个拙劣的PCB布线能导致更多的电磁兼容 问题，而不是消除这些问题，在很多例子中，就算加上滤波器和元器件也不能解决这些问题。 到最后，不得不对
10、整个板子重新布线。因此，在开始时养成良好的PCB布线习惯是最省钱 的办法。下面将对PCB布线的一些普遍规则和电源线、地线及信号线的设计策略进行介绍, 最后，根据这些规则，对空气调节器的典型印制电路板电路提出改进措施。1. 布线分离布线分离的作用是将PCB同一层内相邻线路之间的串扰和噪声耦合最小化。3W规范表明 所有的信号（时钟，视频，音频，复位等等）都必须象图10所示那样，在线与线，边沿到 边沿间予以隔离。为了进一步的减小磁耦合，将基准地布放在关键信号附近以隔离其他信号 线上产生的耦合噪声。Mon-critical CrilknlMon-critical orSignalSignalpair
11、signals2. 保护与分流线路设置分流和保护线路是对关键信号，比如对在一个充满噪声的环境中的系统时钟信号进行隔 离和保护的非常有效的方法。在图21中，PCB内的并联或者保护线路是沿着关键信号的线 路布放。保护线路不仅隔离了由其他信号线上产生的耦合磁通，而且也将关键信号从与其他 信号线的耦合中隔离开来。分流线路和保护线路之间的不同之处在于分流线路不必被端接 （与地连接），但是保护线路的两端都必须连接到地。为了进一步的减少耦合，多层PCB 中的保护线路可以每隔一段就加上到地的通路。Grounded 3L1driw iBnif图11分流和保护线路3. 电源线设计根据印制线路板电流的大小，尽量加粗
12、电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线 的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。在单面板或双面板中，如果电 源线走线很长，应每隔3ooomil对地加去耦合电容，电容取值为iouF+iooopF。4地线设计地线设计的原则是：（1）数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低 频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电 路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。（2）接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪 性能降低。因此应将接地线加粗，使它
13、能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地 线应在23mm以上。（3）接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗 噪声能力。5信号线设计对于关键信号线，如果单板有内部信号走线层，则时钟等关键信号线布在内层，优先考虑优 选布线层。另外，关键信号线一定不能跨分割区走线，包括过孔、焊盘导致的参考平面间隙， 否则会导致信号回路面积的增大。而且关键信号线应距参考平面边沿3H （H为线距离参 考平面的高度），以抑制边缘辐射效应。对于时钟线、总线、射频线等强辐射信号线和复位信号线、片选信号线、系统控制信号等敏 感信号线，应远离接口外出信号线。从而避免强辐射信号线上的干扰
14、耦合到外出信号线上， 向外辐射;也避免接口外出信号线带进来的外来干扰耦合到敏感信号线上，导致系统误操作。对于差分信号线应同层、等长、并行走线，保持阻抗一致，差分线间无其它走线。因为保证 差分线对的共模阻抗相等，可以提高其抗干扰能力。根据以上布线规则，对空气调节器的典型印制电路板电路进行改进优化，如图12所示。闭d 0D1 p FandF copadDrs ai tie5V supp source(cOnraol between 5V and GN DiA OJOlp Fand 470pFcapflci1OrS ai Iha 12V Supply SO urce (c Onnec 1 beeen
15、 12V and G NDiEntire 5V Mee Sid cCrinad all 5Vas close as pjss btaEnkliga GND lOce and cOmsdAUG ND as ebsa as possiHsEnUrgeGND lieattieMCU VSS p hs and add O.Clp F cmpac io6 bslwsn kCUVCC art VS8图12改进空气调节器的典型印制电路板电路总体来说，PCB设计对EMC的改善是：在布线之前，先研究好回流路径的设计方案, 就有最好的成功机会，可以达成降低EMI辐射的目标。而且在还没有动手实际布线之前， 变更布线层等都不必花费任何钱，是改善EMC最便宜的做法。
