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1、.PCB的EMC设计指南_艾默生网络能源有限公司修订信息表版本修订人修订时间修订内容V1.0李瑞林2001-05-27新拟制V1.1李瑞林2002-05-16规范化模板,调整部分内容V1.2李瑞林2005-09-13调整部分内容V2.0骆昊2006-07-16调整部分内容目 录前言5目的7范围7引用/参考标准或资料7名词解释7指南简介7指南内容7第一部分层的设置81.1弱信号单板的合理层数81.2电源层、地层、信号层的相对位置81.3强信号单板的合理层数13第二部分布线142.1布线基本规则142.2串扰222.3优选布线层242.4阻抗控制252.5跨分割区及开槽的处理26第三部分地回路设计
2、323.1地的分割与汇接323.2接地的含义323.3接地的目的323.4基本的接地方式323.5地线回路导致的电磁干扰333.6接地和信号回路（涡流除外）343.7浮地343.8关于接地方式的一般选取原则343.9单板接地方式34第四部分典型电路的PCB设计364.1概述364.2功率主电路的PCB EMC布局原则364.3PFC电路的布局414.4单端正激电路424.5单端反激电路474.6非隔离电路（正激）484.7双正激电路484.8全桥电路514.9半桥逆变电路53第五部分电源EMI滤波器的PCB设计565.1概述565.2EMI滤波器的基本结构565.3布局考虑565.4布线考虑5
3、8第六部分传输线606.1概述：606.2传输线模型606.3传输线的种类606.3.2带状线（Stripline）606.3.3嵌入式微带线616.4传输线的反射626.5微带线与带状线的比较64前言近几年，EMC问题在我们的产品开发过程中越来越突出，为了保证产品高可靠性、较短的开发周期、有竞争力的价格，我们必需在产品开发前期就把EMC问题解决好。而通过解决单板上的EMC问题更是解决整个产品EMC问题的最好途径。电磁兼容性(EMC-Electromagnetic Compatibility)，根据国家军用标准GJB72-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语第5.10条，定义为：“设备(分系统、系
4、统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备(分系统、系统)，因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。”在一个电子系统中，印制板作为硬件系统的核心部件之一，印制板设计的好坏将直接影响到整个系统的稳定性，因此，在设计之初就充分考虑到电磁兼容的问题，考虑到信号的完整性等，无疑将提高系统的稳定性，缩短开发周期，提前将稳定的系统推向市场。在任何设计中，经验永远占有一席之地,在处理EMC问题上，经验与技术诀窍仍然如此，从电路设计开始就参考抑制EMI的技术人员汇总的经验与技术诀窍，将之
5、成功地运用于系统设计中，将产生事半功倍的效果。然而，随着系统越来越复杂化，系统频率越来越高，已有的一些经验不一定适合现在和将来的要求，但从设计初期就开始考虑EMC问题、考虑信号完整性，进行可生产、可测试、可维护性设计，始终是设计时应该考虑的问题。对于新出现的问题，目前一般采用模拟分析的方法，但是由于该方法对设计人员经验等要求相对较高，而且一些问题诸如过孔与焊接模型的建立等还存在一些问题，比较完整的系统数学模型建立也是一个长期和复杂的工程，导致仿真程序的结果也并不尽如人意。而且系统将来运行环境的模型化也有一定的困难，仿真程序也难以包含所有的情况。对我司产品而言，目前绝大部分设计还很难做到这一步。
6、因此，经验的积累与传授仍将是一项长期的任务。纵观国内外业界精英的做法，无一不是在产品的预研、开发阶段投入大量精力，在设计阶段开展EMC工作，避免可能出现的电磁兼容问题。我司在EMC等产品专项工程方面也开展了一系列的研究并取得一定的成绩，EMC研究室、CAD室、以及相关产品线均做出一些探索性的工作。作为EMI的源头，器件选型、原理设计、PCB设计已逐渐引起重视，硬件开发人员对PCB的EMC设计提出了要求。为了对PCB的EMC设计成果加以总结、推广，同时对一些未知的领域进行积极的探索，在EMC室和CAD室的积极参与下，由金明宇、骆昊、李瑞林、原晓霞、候俊锋在参考了我司以前对EMC方面进行的总结，共
7、同编制了PCB的EMC设计指南。文中的有些观点、建议仅仅是现有工作经验的总结，由于EMC领域的诸多未知因素，加上编者的水平有限，错误、疏漏之处在所难免，还望大家不断批评、指正。对于本文的任何不明白之处，以及任何有益建议请与EMC室、CAD室联系，共同探讨PCB的EMC设计过程中的任何实际问题。同时感谢那些为此指南作过经验积累的同事及前同事胡寿林、谢敏仙、操方星、钱柏年、李静、汤昌茂、胡庆虎、于小卫。本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于ENPC的PCB设计。本规范由 各产品开发部、电子工艺部 等部门参照执行。本规范拟制部门：电子工艺部本规范拟制人：骆昊本规范会签人：金明宇、李瑞林
8、、原晓霞、候俊锋本规范批准人：季明明本规范发布人：研发业务管理办目的本指导书旨在指导公司PCB的EMC设计，将电路EMC设计要求在PCB中得以实现。本书旨在对我司PCB的EMC设计现有成果加以总结、推广，结合我司PCB设计过程中的经验教训以及产品的EMC测试数据，谨供各位硬件工程师进行PCB的EMC设计时参考。本指导书会不断升级，请使用最新版本。范围本指导书适用我司所有正式产品的PCB EMC设计。引用/参考标准或资料略名词解释EMC：Electromagnetic Compatibility，电磁兼容EMI：Electromagnetic Interference，电磁干扰弱信号：在本文中电
9、压小于等于Rms 15V以下，同时电流小于等于100mA以下的信号。强信号：在本文中电压大于Rms 48V以上，同时电流大于2A以上的信号。指南简介为了正确进行单板的EMC设计，特制定本指南。指南内容第一部分层的设置1层的设置在PCB的EMC设计考虑中，首先涉及的便是层的设置；单板的层数由电源、地的层数和信号层数组成；电源层、地层、信号层的相对位置以及电源、地平面的分割对单板的EMC指标至关重要。1.1弱信号单板的合理层数根据单板的电源、地的种类、信号密度、板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量，以及综合单板的性能指标要求与成本承受能力，确定单板的层数；对于EMC指标要求苛刻（如：产品需认证C
10、ISPR22 CLASS B）而相对成本能承受的情况下，适当增加地平面乃是PCB的EMC设计的杀手锏之一。1.1.1Vcc、GND的层数单板电源的层数由其种类数量决定；对于单一电源供电的PCB，一个电源平面足够了；对于多种电源，若互不交错，可考虑采取电源层分割（保证相邻层的关键信号布线不跨分割区）；对于电源互相交错（尤其是象8260等IC，多种电源供电，且互相交错）的单板，则必须考虑采用2个或以上的电源平面，每个电源平面的设置需满足以下条件：单一电源或多种互不交错的电源；相邻层的关键信号不跨分割区；地的层数除满足电源平面的要求外，还要考虑：元件面下面（第2层或倒数第2层）有相对完整的地平面；高
11、频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面；关键电源有一对应地平面相邻（如5V与GND相邻）。1.1.2信号层数在CAD室现行工具软件中，在网表调入完毕后，EDA软件能提供一布局、布线密度参数报告，由此参数可对信号所需的层数有个大致的判断；经验丰富的CAD工程师，能根据以上参数再结合板级工作频率、有特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标要求与成本承受能力，最后确定单板的信号层数。信号的层数主要取决于功能实现，从EMC的角度，需要考虑关键信号网络（强辐射网络以及易受干扰的小、弱信号）的屏蔽或隔离措施。1.2电源层、地层、信号层的相对位置1.2.1Vcc、GND 平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环
12、境问题电源、地平面存在自身的特性阻抗，电源平面的阻抗比地平面阻抗高；为降低电源平面的阻抗，尽量将PCB的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近，利用两者的耦合电容，降低电源平面的阻抗；电源地平面构成的平面电容与PCB上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源地电容，它的有效退耦频带比较宽，（但存在谐振问题）。1.2.2Vcc、GND 作为参考平面，两者的作用与区别电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用；但相对而言，电源平面具有较高的特性阻抗，与参考电平存在较大的电位势差；从屏蔽的角度，地平面一般均作了接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面；在选择参考平面时
13、，应优选地平面。1.2.3电源层、地层、信号层的相对位置对于电源、地的层数以及信号层数确定后，它们之间的相对排布位置是每一个EMC工程师都不能回避的话题；单板层的排布一般原则：元件面下面（第二层）为地平面，提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面；所有信号层尽可能与地平面相邻；尽量避免两信号层直接相邻；主电源尽可能与其对应地相邻；兼顾层压结构对称。注：具体PCB的层的设置时，要对以上原则进行灵活掌握，在领会以上原则的基础上，根据实际单板的需求，如：是否需要一关键布线层、电源、地平面的分割情况等，确定层的排布：四层板，优选方案1，可用方案3方案电源层数地层数信号层数12341112SGPS211
14、2GSSP3112SPGS表- 1 四层板解决方案表方案1：图1 四层PCB的主选层设置方案此方案为CAD室现行四层PCB的主选层设置方案，在元件面下有一地平面，关键信号优选布TOP层；至于层厚设置，有以下建议：满足阻抗控制芯板（GND到POWER）不宜过厚，以降低电源、地平面的分布阻抗；保证电源平面的去耦效果；推荐芯板厚0.2mm，4层板采用1.0的板厚。为了达到一定的屏蔽效果，有人试图把电源、地平面放在TOP、BOTTOM层，即采用方案2。方案2：图2 四层板解决方案2此方案为了达到想要的屏蔽效果，至少存在以下缺陷：电源、地相距过远，电源平面阻抗较大电源、地平面由于元件焊盘等影响，极不完整由于参考面不完整，信号阻抗不连续实际上，由于我司大量采用表贴器件，对于器件越来越密的情况下，本方案的电源、地几乎无法作为完整的参考平面，预期的屏蔽效果很难实现；方案3：图3 四层板解决方案3此方案同方案1类似，适用于主要器件在BOTTOM布局或关键信号底层布线的情况；六层板，优选方案3，可用方案1，备用方案2、4方案电源地信号1234561114S1GS2S3PS42
