CBlayouEMI設(shè)計檢查規(guī)則論述

本資料來源PCBlayoutEMI設(shè)計（檢查）規(guī)則目錄1.概述2.EMI噪音的模型-----差模與共模3.PCBlayoutEMI設(shè)計方法----濾波接地屏蔽4.13條經(jīng)典EMI設(shè)計（檢查）規(guī)則5.每條規(guī)則詳細(xì)說明經(jīng)驗告訴我們，通過修改PCBlayout而成功解決EMI的案例很多，PCB已成為EMI設(shè)計的關(guān)鍵。我們總結(jié)多年的經(jīng)驗，得出13條經(jīng)典的設(shè)計規(guī)則。希望通過理解和運(yùn)用13條經(jīng)典EMI規(guī)則，并在PCBlayout過程中進(jìn)行控制，減少PCB多次修改，縮短layout的時間。本規(guī)則針對高速數(shù)字信號PCB設(shè)計，適用于2層和多層板，但2層板更難實現(xiàn)部分的要求。一、概述二、EMI噪聲的模型-----差模與共模：磁力線向外：磁力線向內(nèi)：電流方向圖一：信號回路的磁場耦合分析差模共模二、EMI噪音的模型-----差模共模哪個是差模，哪個是共模？

I表示電流強(qiáng)度；f表示共模電流的頻率；L表示電纜/PCB走線長度；d表示測量天線到電纜的距離共模計算公式：

E=1.26*10-6df*I*L共模輻射與PCB哪些因素有關(guān)？信號IC1IC2源負(fù)載差模計算公式：

E=1.316X10-14df2*I*AI表示電流強(qiáng)度；f表示差模電流的頻率；A表示差模電流環(huán)路面積；d表示測量天線到電纜的距離差模輻射與PCB哪些因素有關(guān)？二、EMI噪音的模型-----差模與共模差模干擾發(fā)生原因和解決方法：信號流出至信號流入形成信號環(huán)路,每個環(huán)路都相當(dāng)于一個天線，這是差模干擾發(fā)生原因，也是PCB設(shè)計中EMI控制的關(guān)鍵。設(shè)計時要了解每一關(guān)鍵信號的流向，關(guān)鍵信號要靠近回流路徑布線，確保其環(huán)路面積最小。減小差模輻射常用的方法：（1）降低電路的工作頻率；（2）減小信號電流的環(huán)路面積A；（3）減小信號的電流強(qiáng)度。

共模輻射是EMI最主要的干擾，通常是由于電路板地的“不平整”導(dǎo)致的，或者連接cable線兩端地電位的高低差而導(dǎo)致連接線變成輻射天線。電路板則是由于地阻抗而引起電位高低不平，從而能量由高到底有了輻射的條件。所以PCB排版時要特別的注意PCB地阻抗的問題，從而減小其產(chǎn)生的干擾。減小共模輻射常用的方法：（1）降低地阻抗以減小地電位差；（2）使用去耦電容；（3）使用鐵氧體磁環(huán)；（4）使用共模濾波器（電源/信號）共模干擾發(fā)生原因和解決方法：三、PCBlayoutEMI設(shè)計方法—濾波接地屏蔽對于EMI控制，主要采用三種措施：濾波、接地、屏蔽。這三種方法雖然有著獨立的作用，但是相互之間是有關(guān)聯(lián)的，良好的接地可以降低設(shè)備對屏蔽和濾波的要求，而良好的屏蔽也可以使濾波器的要求低一些。屏蔽：按照屏蔽的機(jī)理，分電場屏蔽、磁場屏蔽、電磁場屏蔽。

濾波：通常采用去耦電容、EMI濾波器、磁性元件來實現(xiàn)。接地：盡量保持地平面完整，所有器件的接地腳盡快接到地平面。四、13條經(jīng)典EMI設(shè)計（檢查）規(guī)則12.電源退耦電容的位置檢查;13.供電連線和地線回路的檢查；電源檢查1.跨電源和地層的信號線檢查;2.不連續(xù)的信號回路檢查；3.信號線包地的檢查;4.包地線上相鄰2個地孔的距離;5.信號層板邊緣的地孔檢查;6.PCB布線長度檢查;7.過孔數(shù)量檢查;8.走線離板邊的距離檢查;9.連接到連接器上Filter檢查;10.差分信號的檢查;11.串?dāng)_檢查;信號（電流）回路檢查布線檢查五、每條規(guī)則詳細(xì)說明1.跨電源和地層的信號線檢查：

對信號回流不能認(rèn)為必須在走線正下方的參考平面?；亓鞯耐緩绞嵌喾矫妫簠⒖嫉仄矫妫娫雌矫?，相鄰的地線，介質(zhì)，甚至空氣。

我們知道，交流信號會自動選阻抗最小路徑返回驅(qū)動端。但究竟哪個占主，要看它和信號走線的耦合程度，耦合最強(qiáng)的將為信號提供最主要回流途徑。如在多層PCB，參考平面很近，耦合了絕大部分的電磁場，99％以上信號能量將集中在最近的參考平面回流。信號回流路徑：地或電源做交流信號回路理想信號回流示意圖信號實際情況的信號回流信號地/電源回路電容電容五、每條條規(guī)則詳詳細(xì)說明明1.跨電源和和地層的的信號線線檢查：：換層電容容：連接接電源和和地層。。位置安安裝在頂頂層或底底層。EMI設(shè)設(shè)計規(guī)則則一：如如是四層層板，在在跨電源源和地層層的信號號線附近近放置換換層電容容，形成成信號回回路。高速信號號應(yīng)盡量量避免換換層。五、每條條規(guī)則詳詳細(xì)說明明1.跨電源和和地層的的信號線線檢查:規(guī)則細(xì)則則：(1).高速數(shù)字字信號（（10MHz以上）如如通過Via跨電源和和地層，，必須增增加換層層電容；；(2).換層電容容距離信信號Via不得超過過200mil（5mm);(3).一個換層層電容可可以作為為多個信信號的回回路,根據(jù)離信信號的距距離決定定放置多多少個電電容。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明1.跨電源源和地地層的的信號號線附附近放放置換換層電電容案案例:剪裁于于40-LCNP90-MAD4XG放大換層電電容五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)續(xù)的信信號回回路檢檢查:EMI設(shè)計規(guī)規(guī)則二二：對對高速速信號號走線線區(qū)域域最大大限制制地保保持地地層和和電源源層的的完整整，使使地層層或電源層層成為為其最最好信信號回回路，，并保保證回回流路路徑最最佳。。地層作作為信信號回回流流路徑徑TOP層走線線BOTTOM層走線線電源層層作為為信號號回流流路徑徑信號回回路五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)續(xù)的信信號回回路檢檢查檢檢查:高速信信號線線換層層造成成回流流路徑徑變換換，下下圖無無換層層電容容，信信號回回流路路徑不不理想想。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)續(xù)的信信號回回路檢檢查檢檢查:圖解：：在BOTTOM層的CLK+和CLK-因電源源層的的分割割，使使電源源層無無法成成為其其回路路。高速信信號線線出現(xiàn)現(xiàn)跨島島，回回流路路徑不不理想想五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)續(xù)的信信號回回路檢檢查:規(guī)則細(xì)細(xì)則：：(1).如高速速信號號通過過Via跨越了了電源源和地地層，，放置置換層層電容容且離離信號號Via不超過過200mil，從而而實現(xiàn)現(xiàn)連續(xù)續(xù)信號號回路路;（同規(guī)規(guī)則一一）(2).采用包包地來來實現(xiàn)現(xiàn)信號號回路路時，，信號號線離離地網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不不超過過10mil；信號通通過Via換層時時，回回流路路徑改改變，，放置置過層層電容容，實實現(xiàn)連連續(xù)回回路。。線間距距應(yīng)小小于10mil五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)續(xù)的信信號回回路檢檢查的的案例例一:換層電電容通過放放置換換層電電容，，實現(xiàn)現(xiàn)信號號連續(xù)續(xù)回路路。（（同規(guī)規(guī)則一一）剪裁于于40-LCNP90-MAD4XG五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明2.不連續(xù)的信信號回路檢檢查的案例例二:走線過孔太太集中，鏡鏡像層形成成槽孔，造造成參考平平面不連續(xù)續(xù)信號回路五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明3.信號線包地地檢查:空間受限包包地?zé)o法再再深入EMI設(shè)計規(guī)則三三：為高速速（敏感））信號提供供良好的信信號回路，，減少回路路面積，，同時，起到到隔離和屏屏蔽的作用用。（2層板特別常常用）五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明3.信號線包地地檢查:規(guī)則細(xì)則：：(1).高速信號（（CLKI2SDDRHDMI）和音視頻頻敏感信號號需要包地地。(2).信號線離地地網(wǎng)絡(luò)最大大距離為10mil;(3).包地線離信信號的Pad距離為200mil視為有效包包地；(4).包地線要有有足夠的寬寬度而且要要通過VIA接到地層；；200mil線間距應(yīng)小小于10mil五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明3.信號線包地地檢查的案案例:信號線包地地五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明3.信號線包地地檢查的案案例:案例:黃色走線即即I2S信號線PHILIPS機(jī)型MT22機(jī)芯I2S信號走線很很長,而且走線靠靠近高頻頭頭,49M內(nèi)部頻率的的4倍頻,對self-pollution產(chǎn)生影響,采用包地處處理和接地地后已解決決.五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明4.包地線上相相鄰2個地孔的距距離：EMI設(shè)計規(guī)則四四:對高速信號號包地線相相鄰過孔距距離不超過過400mil。400mil五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明4.包地線上相相鄰2個地孔的距距離檢查的的案例一：：DDR芯片高速信號線線相鄰過孔孔距離不超超過400mil剪裁于：40-00MS68-MAA2XG雙面板DDR五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明4.包地線上相相鄰2個地孔的距距離檢查案案例二：相鄰過孔距距離不超過過400mil五、每條規(guī)規(guī)則詳細(xì)說說明5.信號層板邊邊緣的地孔孔檢查：規(guī)則細(xì)則：：(1).接地孔盡量量接近地平平面邊緣，，接地孔距距離地邊緣緣最大不超超過200mil;(2).地線上的相相鄰2個地孔的距距離最大為為400mil（同規(guī)則4)；(3).盡量保證高高速PCB板TOPorBOTTOM四周是地環(huán)環(huán),通過VIA接到地層。。200milTOPorBOTTOM的地環(huán)EMI設(shè)計規(guī)則五五：TOP和BOTTOM層四四周周保保留留一一定定寬寬度度的的地地環(huán)環(huán)，，通通過過VIA連接接起起來來。。五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明5.地平平面面邊邊緣緣的的地地孔孔檢檢查查的的案案例例：：TOPorBOTTOM的地地環(huán)環(huán)五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明6.PCB布線線長長度度檢檢查查：：L1L2L=L1+L2規(guī)則則細(xì)細(xì)則則：：(1).頻率率越越高高，，L要求求越越短短;(2).PCB長度度要要短短于于某某一一特特定定頻頻率率的的1/4波長長。。EMI設(shè)計計規(guī)規(guī)則則六六：：高高速速信信號號的的走走線線越越短短越越好好。五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明大多多數(shù)數(shù)天天線線的的長長度度是是等等于于某某一一特特定定頻頻率率的的1/4或1/2波長長（（λ）。。因因此此在在EMC的規(guī)規(guī)范范中中，，要要求求導(dǎo)導(dǎo)線線或或走走線線的的長長度度少少于于λ/20，否否則則它它突突然然地地變變成成一一根根高高效效能能的的天天線線。。例如如：：假假設(shè)設(shè)有有一一根根10cm的走走線線在在頻頻率率超超過過150MHz時，，將將形形成成一一根根有有效效率率的的輻輻射射天天線線。。因因為為在在150MHz時，，其其波波長長λ=2m，所以λ/20=10cm等于走線的的長度；若頻頻率大于150MHz，其波長λ將變小，其1/4λ或1/2λ值將接近于走走線的長度10cm，隨著頻率的的提高，逐漸漸形成一根完完美的天線。。6.PCB布線長度檢查查：我們知道波長長和頻率之間間的物理關(guān)系系：λ=300f*=PCB介電常數(shù)4.5-4.8五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明6.PCB布線長度檢查查：這里指的頻率率包括兩方面面信號：一、、信號頻率足足夠高；二、信號邊沿沿足夠小；我們知道，高高速開關(guān)信號號的EMI發(fā)射帶寬的計計算公式：f=1/πTr，f為開關(guān)電路產(chǎn)產(chǎn)生的最高EMI頻率，單位為為GHzTr為信號的上升升時間或者下下降時間，單單位為ns。如上升時間為為1ns，它所產(chǎn)生的的最高EMI頻率為350MHz，而降為為500ps，那么最高EMI頻率為700MHz。因此，我們在在layout時重點關(guān)注頻頻率高和上升升或者下降時時間快的信號號。如CLOCKI2SDDRLVDS等高速數(shù)字信信號。五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明6.PCB布線長度檢查查的案例：DDR部分五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明7.過孔數(shù)量檢查查：規(guī)則細(xì)則：隨隨著頻率升高高，過孔的數(shù)數(shù)量要減少，，對于高速信信號，盡量不不做過孔。一般信號的過過孔數(shù)量最多多不能超過5個。EMI設(shè)計規(guī)則七：：高速信號走線的過孔越少越好好。五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明7.過孔數(shù)量檢查查的案例：DDR部分五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明8.走線離板邊的的距離檢查：：規(guī)則細(xì)則：1.PCB的信號網(wǎng)絡(luò)(除GND），其走線離離板邊的距離離大于40mil。2.地平面邊緣要要比電源平面面邊緣寬80mil。40mil電源層地層80milEMI設(shè)計規(guī)則八：：高速信號的的走線離板邊邊緣保留一定定距離。五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明8.走線離板邊的的距離檢查的的案例一：走線太靠邊，，不理想五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明8.走線離板邊的的距離檢查的的案例二：最外加地線保保護(hù)，0.5mm線寬并加小接接地孔.五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明9.連接到連接器器上的Filter（RLCF）安裝位置檢檢查：規(guī)則細(xì)則：在在插座上每個個控制信號（（I/O）網(wǎng)絡(luò)放置Filter(LCRF),Filter距離連接器的的距離不得大大于1400mil。EMI設(shè)計規(guī)則九：：在插座每個個I/O信號腳增加Filter,使干擾信號不不能通過連接線輻射射出去。1400mil（備注：對于于從IC出來的干擾，，F(xiàn)ilter應(yīng)接近IC放置）五、每條規(guī)則則詳細(xì)說明9.連接到連接器器上的Filter（RLCF）安裝位置檢檢查的案例：在插座座的根根部放放置電容器器C.在LVDS插座的的根部部放置置電容容器C.五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明10.差分信信號的的檢查查：規(guī)則細(xì)細(xì)則：：(1).差分組組內(nèi)的的長度度差建建議不不能超超過80mil；(3).2組平行行線間間的距距離大大于3倍組內(nèi)內(nèi)距離離；(4).組內(nèi)不不平行行部分分的長長度的的最大大值為為80mil；(5).增加Filter濾波。。共模模電感感靠近近IC輸出，，電容容靠近近插座座輸出出引腳腳；EMI設(shè)計規(guī)規(guī)則十十：差差分信信號layout注意：：1.阻抗配配合（（HDMI阻抗要要求100歐）2.組內(nèi)和和組間間等長長；3.組內(nèi)緊緊密耦耦合，，組間間遠(yuǎn)離離防止止串?dāng)_擾；4.高速信信號不不走過過孔（（TOP布線））；5.底層保保留完完整地地平面面。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明10.差分信信號的的檢查查的案案例一一：LVDS差分信信號五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明10.差分信信號的的檢查查的案案例而而二：：HDMIHDMI差分信信號五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明11.串?dāng)_檢檢查：：規(guī)則細(xì)細(xì)則：：(1).串?dāng)_電電壓的的大小小與兩兩線的的間距距成反反比，，而與與兩線線的平平行長長度成正正比。。所以以，干干擾信信號距距離其其他走走線間間距大大于10mil;(2).對干擾擾信號號采用用包地地方法法，起起隔離離和屏屏蔽作作用，，減少少串?dāng)_。EMI設(shè)計規(guī)規(guī)則十十一：：頻率率越高高和數(shù)數(shù)字信信號邊邊緣翻翻轉(zhuǎn)速速率越越快，，對串串?dāng)_影影響越越大。。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明11.串?dāng)_檢檢查：：對干擾擾源采采用包包地方方法，，起到到隔離離和屏屏蔽作作用。。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明11.串?dāng)_檢檢查：：五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明12.電源管管腳的的退耦耦電容容位置置檢查查：規(guī)則細(xì)細(xì)則：：(1).退耦電電容距距離電源管管腳的最長長距離離為200mil(5mm);(2).退耦電電容距距離地腳的最長長距離離為200mil(5mm);(3).DC-DC輸出端端離IC供電線線路的的最長長值為為1500mil;(4).退耦電電容推推薦放放置在在底層層,電源通通過VIA連接.EMI設(shè)計規(guī)規(guī)則十十二：：電源源去耦耦電容容離IC的引腳腳越近近越好好，DC-DC供電輸輸出端端盡量量靠近近IC，這樣樣電源源和地地走線線都短短。同同時，，保持持電源源和地地線的的連貫貫性。。五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明12.電源管管腳的的退耦耦電容容位置置檢查查的案案例：：退耦電電容放放置在在底層層,電電源通通過VIA連接接.建議：：保證證DDR部分每每個供供電管管腳都都有退退藕電電容五、每每條規(guī)規(guī)則詳詳細(xì)說說明13.電源連連線和和地線線回路路的檢檢查EMI設(shè)計規(guī)規(guī)則十十三：：(1)電源輸輸出和和地線線之間間的回回路面面積要要少；；(2)電源輸輸出與與負(fù)載載之間間增加加鐵氧氧體磁磁珠起起隔離離作用用;(3)同一輸輸出電電壓各各個負(fù)負(fù)載之之間增增加鐵鐵氧體體磁珠珠起隔隔離作作用DC-DC輸出出負(fù)載載24VDC-DC輸出出負(fù)載載24V回路路面面積積大大回路路面面積積小小回路路面面積積小小鐵氧氧體體磁磁珠珠鐵氧氧體體磁磁珠珠五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明13.電源源連連線線和和地地線線回回路路的的檢檢查查的的案案例例:電容容直直接接連連接接形形成成環(huán)環(huán)加電電感感截截斷斷環(huán)環(huán)路路連接接線線電源源板板五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明13.電源源連連線線和和地地線線回回路路的的檢檢查查的的案案例例:更改改前前:接地地不不良良更改改后后:大面面積積接接地地TOP層更更改改情情況況PHILIPS機(jī)型型MT22機(jī)芯芯五、、每每條條規(guī)規(guī)則則詳詳細(xì)細(xì)說說明明13.電源源連連線線和和地地線線回回路路的的檢檢查查的的案案例例:更改改前前:接地地過過孔孔少少更改改后后:接地地過過孔孔增增多多BOTTOM層更更改改情情況況PHILIPS機(jī)型型MT22機(jī)芯五、每條條規(guī)則詳詳細(xì)說明明13.電源連線線和地線線回路的的檢查的的案例:附：部分分芯片內(nèi)內(nèi)部接地地焊盤是是主要的的接地腳腳和散熱熱腳，一一定要保保證接地地良好主芯片內(nèi)部接地焊盤接地不良案例僅四個角通過花焊盤連接建議：針針對此類類IC，大焊盤盤大面積積接地，，焊盤內(nèi)內(nèi)部采用用0.35mm以下過孔孔散熱，，焊盤外外部的過過 孔其其孔邊邊邊緣距離離大焊盤盤1mm以上或采采取局部部過孔塞塞綠油。。13條規(guī)