PCB板中的电磁兼容详解

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1、PCB板中的电磁兼容详解PCB板设计的开始阶段就是层的设置,层设置不合理可能产生诸多的噪声而形成电磁干扰和自身的EMC问题,所以合理的层布局对电磁兼容性而言是十分重要的。PCB板层由电源层、地线层和信号层组成。层的选择、层的相对位置以及电源、地平面的分割、PCB板的布线、信号质量、接口电路的处理等都对PCB板的EMC指标起着至关重要的作用,也直接影响到整台电子产品的电磁兼容性。层数的选择单板由电源层、地层和信号层组成；层数也就是他们各自的数量总和。根据单板的电源、地的种类、信号线的密集程度、信号频率、特殊布线要求的信号数量、周边要素、成本价格等方面的综合因素来确定单板的层数。

2、要满足EMC的严格指标并且考虑制造成本，适当增加地平面是PCB的EMC设计最好的方法之一。单板电源的层数由电源的种类、数量决定。对于单一电源供电的PCB，只需一个电源平面；对于多种电源，如需互不交错，可考虑采取电源层分割；对于电源互相交错的单板，需要多种电源供电，且互相交错，则必须考虑采用两层或两层以上的电源平面。通常来说，信号层数的确定由单板的功能决定。大多数有经验的CAD工程师通常由EDA软件提供布局、布线密度的参数报告，再结合板级工作频率、特殊布线要求的信号数量以及单板的性能指标与成本承受能力，来确定单板的信号层数。对信号层而言,除了考虑信号线的走线密集度外,从EMC的

3、角度，需要考虑关键信号（如时钟、复位信号等）的屏蔽或隔离来确定是否增加单板层数。单面板和双面板虽然制造简单、装配调试方便,但只适用于一般电路要求,不适用于高组装密度或复杂电路的场合。尤其是高速数字电路、数模混合电路的PCB。由于没有好的参考平面,环路面积增大而使辐射增强,平行走线也不可避免。就EMC要求而言,如果成本允许,在PCB设计时尽量不选择单面板或双面板。层的布局PCB的层排列也是有原则的,合理排列各层对PCB的抗干扰能力十分有益。PCB设计中层排列的一些基本原则如下。①将电源平面与地平面相邻。这样可形成耦合电容，并与PCB板上的去耦电容一起降低电源平面的阻抗，同时获得

4、较宽的滤波效果。②参考面的选择应优选地平面电源、地平面均能用作参考平面，且有一定的屏蔽作用。但从屏蔽角度考虑，地平面一般均作接地处理，并作为基准电平参考点，其屏蔽效果远远优于电源平面。③相邻层的关键信号不跨分割区。否则将形成较大的信号环路，产生强的辐射和敏感度问题。④元件面下面有相对完整的地平面对多层板必须尽可能保持地平面的完整，通常不允许有信号线在地平面上走线。当走线层布线密度太大时，可考虑在电源平面的边缘走线。⑤高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面这样设计的信号线与地线间的距离仅为线路板层间的距离，高频电路将选择环路面积最小的路径流动，因此实际的电流总在信号线正下方的

5、地线流动，形成最小的信号环路面积，从而减小辐射。⑥在高速电路设计中，避免电源平面层向自由空间辐射能量在这样的设计中，所有的电源平面必须小于地平面，向内缩进20H（H指相邻电源、地平面间的介质厚度）。为了更好地实行20H规则，就要使电源和地平面间的厚度最小。多层印制板的布局一般原则：①电源平面应靠近接地平面,并且安排在接地平面之下。②布线层应安排与整块金属平面相邻。③把数字电路和模拟电路分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。如果一定要安排在同一层,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

6、来源。④在中间层的印制线条形成平面波导,在表面层形成微带线,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。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：20－H原则为减小印制板向空间辐射电磁能量这个效应，在地线层的边缘、包括不同性质的地线层（例如，数字地与模拟地）的分界处，地线层要比电源层、信号层外延出至少20H，这里H表示地线层与信号层或电源层之间的距离，如图8－26所示。并且，关键线不要布在地线层的边缘。如果在信号层的边缘设置一圈地线（相当于一个护栏），

7、并将这圈地线与地线层用间隔较密的过孔连接起来，会更好地降低辐射。根据20－H原则，按照一般典型印制板尺寸，20H一般为3mm左右。20H规则3－W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，为避免发生这种干扰，应保持任何线条间距不小于3倍的印制线条宽度，即不小于3W，W为印制线路的宽度，如图8－27所示。当线中心距不少于3倍线宽时，则可保持70%的电场不互相干扰，称为3W规则。如要达到98%的电场不互相干扰，可使用10W规则。印制线条的宽度取决于线条阻抗的要求，太宽会减少布线的密度，增加成本；