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1、印制电路板中的电磁干扰问题包括公共阻抗耦合、串扰、高频载流导线产生的辐射，以及印制线条对高频辐射的感应等。以下阐述了在PCB设计时为满足电磁兼容性必须注意的事项。1.PCB中的公共阻抗耦合问题让模拟和数字电路分别拥有自己的电源和地线通路，在可能的情况下，应尽量加宽这两部分电路的电源与地线或采用分开的电源层与接地层，以便减小电源与地线回路的阻抗，减小任何可能在电源与地线回路中的干扰电压。一单独工作的PCB的模拟地和数字地可在系统接地点附近单点汇接，如电源电压一致，模拟和数字电路的电源在电源入口单点汇接，如电源电压不一致，在两电源较近处并一12nf的电容，给两电源间的信号返回电流提供通路。如此PC
2、B是插在母板上的，则母板的模拟和数字电路的电源和地也要分开，模拟地和数字地在母板的接地处接地，电源处理与上面一样。2.PCB的布局设计要求归结如下：•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：
3、数字与模拟电路混合使用时的布局3多层印制板设计3.1数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。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。3.2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
4、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。3.3多层PCB的典型布层安排：123456789102层S1,GS2,P4层S1GPS26层S1GS2S3PS4差6层S1S2GPS3S4一般6层S1GS2PGS3好8层S1S2GS3S4PS5S6差8层S
5、1GS2S3GPS4S5一般8层S1GS2GPS3GS4好10层S1GS2S3GPS4S5GS63.4两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：20H原则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。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，应保持任何线条问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，
6、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。3.5接地设计3.5.1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。3.5.2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。3.5.3接地板上充满高频电
7、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。如图3所示.4其它布线要求•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
8、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；•每个IC的电源管脚要加旁路电容（一般为104）和平滑电容(10uF100uF)到地大面积IC每个角的电源管脚也要加旁路电容和平滑电容。•如有可能，在PCB板的接口处加RC低通滤
9、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。5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
10、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。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）10.10.010.001电容器的自谐振频率（MHz）2.55155
11、0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
12、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，Zm=V/I然后，由线条电感Lw求出不超过Zm对应的频率fm=Zm/(2Lw)，当使用频率高于fm时，要加容纳电容Cb，通常Cb为10100uF之间取值。Cb1(2fm Zm)电容材料对温度很敏感，要选温度系数好的。还要选择等效串联电感和等效串联电阻小的电容器，一般要求等效串联电感值小于10nH，等效串联电阻小于0.5。在每两个LSI或VLSI元件处都要加平滑电容，电源入口处也要加入平滑电容。此外，I/O连接器、距电源输入连接器远的地方、元件密集处、时钟发生电路附近都要加平滑电容器，平滑电容的计算与退耦电容的计算方法相同。6时钟
13、电路之EMC设计时钟电路在数字电路中占有重要地位，同时时钟电路也是产生电磁辐射的主要来源。一个具有2ns上升沿的时钟信号辐射能量的带宽可达160MHz，其可能辐射带宽可达十倍频，即1.6GHz。因此，设计好时钟电路是保证达到整机辐射指标的关键。时钟电路设计主要的问题有如下几个方面。（1）阻抗控制：计算各种由印制板线条构成的微带线和微带波导的波阻抗、相移常数、衰减常数等等。许多设计手册都可以查到一些典型结构的波阻抗和衰减常数。特殊结构的微带线和微带波导的参数需要用计算电磁学的方法求解。（2）传输延迟和阻抗匹配：由印制线条的相移常数计算时钟脉冲受到的延迟，当延迟达到一定数值时，就要进行阻抗匹配以免
14、发生终端反射使时钟信号抖动或发生过冲。阻抗匹配方法有串联电阻、并联电阻、戴维南网络、RC 网络、二极管阵等。（3）印制线条上接入较多容性负载的影响：接在印制线条上的容性负载对线条的波阻抗有较大的影响。特别是对总线结构的电路容性负载的影响往往是要考虑的关键因素。表达传输线可以采用三种方式：a、用传输波阻抗（Z0）和传输时延（td）两个参数描述传输线。b、用传输波阻抗和（与波长有关的）规一化长度描述传输线。c、用单位长度的电感、电容和印制线的物理长度来描述传输线。在印制板设计中经常采用第一种方式描述由印制线条构成的传输线。此时，传输时延的大小决定了印制线条是否需要采取阻抗控制的措施；当线条上有很多电容
