印刷電路板EMC設(shè)計(jì)技術(shù)2

印刷電路板EMC設(shè)計(jì)技術(shù)（一）電磁干擾具備因素（二）電子設(shè)備的電磁干擾途徑（三）電子設(shè)備的電磁兼容性基本原理（四）地布線(xiàn)技巧

（五）Layer（層）之堆疊分配（一）電磁干擾必須同時(shí)具備以下三個(gè)因素：

①

電磁干擾源，指產(chǎn)生電磁干擾組件、器件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。②

耦合途徑或稱(chēng)耦合信道、指把能量從干擾源耦合（或傳輸）到敏感設(shè)備上，并且該設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的媒介。③

敏感設(shè)備，指對(duì)電磁干擾發(fā)生響應(yīng)的設(shè)備。電磁干擾的效果包括系統(tǒng)內(nèi)部干擾和系統(tǒng)之間干擾兩個(gè)方面。（二）電子設(shè)備的電磁干擾途徑

當(dāng)干擾源的頻率較高，

干擾信號(hào)可以認(rèn)為是輻射場(chǎng)，它以平面電磁波形式向外輻射電磁場(chǎng)能量進(jìn)入被干擾對(duì)象的通路。干擾信號(hào)以漏電和耦合形式，通過(guò)絕緣支撐物等（包括空氣）為媒介，經(jīng)公共阻抗的耦合進(jìn)入被干擾的線(xiàn)路、設(shè)備或系統(tǒng)。如果干擾源的頻率較低，則干擾源可以認(rèn)為是似穩(wěn)場(chǎng)，它以感應(yīng)場(chǎng)形式進(jìn)入被干擾對(duì)象的通路。干擾信號(hào)可以通過(guò)直接傳導(dǎo)方式引入線(xiàn)路、設(shè)備或系統(tǒng)。（三）電子設(shè)備的電磁兼容性基本原理

1.接地

（接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問(wèn)題。）接地目的有三個(gè)：接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。防止外界電磁場(chǎng)的干擾。

機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過(guò)大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。

保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。

因此，接地是抑制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。

圖單點(diǎn)和星形接

電路的接地方式基本上有三類(lèi)，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地：

單點(diǎn)接地是為許多在一起的電路提供公共電位參考點(diǎn)的方法，這樣信號(hào)就可以在不同的電路之間傳輸。若沒(méi)有公共參考點(diǎn)，就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)傳輸。單點(diǎn)接地要求每個(gè)電路只接地一次，并且接在同一點(diǎn)。

由于只存在一個(gè)參考點(diǎn)，因此可以相信沒(méi)有地回路存在，因而也就沒(méi)有干擾問(wèn)題。

圖

單點(diǎn)和星形接多點(diǎn)接地:設(shè)備內(nèi)電路都以機(jī)殼為參考點(diǎn)，而各個(gè)設(shè)備的機(jī)殼又都以地為參考點(diǎn)。這種接地結(jié)構(gòu)能夠提供較低的接地阻抗，這是因?yàn)槎帱c(diǎn)接地時(shí)，每條地線(xiàn)可以很短；并且多根導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián)能夠降低接地導(dǎo)體的總電感。在高頻電路中必須使用多點(diǎn)接地，并且要求每根接地線(xiàn)的長(zhǎng)度小于信號(hào)波長(zhǎng)的1/20.

圖多點(diǎn)接地混合接地:混合接地既包含了單點(diǎn)接地的特性，又包含了多點(diǎn)接地的特性。例如，系統(tǒng)內(nèi)的電源需要單點(diǎn)接地，而射頻信號(hào)又要求多點(diǎn)接地，這時(shí)就可以采用圖所示的混合接地。對(duì)于直流，電容是開(kāi)路的，電路是單點(diǎn)接地，對(duì)于射頻，電容是導(dǎo)通的，電路是多點(diǎn)接地。

圖混合接地2.屏蔽屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域之間進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。因?yàn)槠帘误w對(duì)來(lái)自導(dǎo)線(xiàn)、電纜、元部件、電路或系統(tǒng)等外部的干擾電磁波和內(nèi)部電磁波均起著吸收能量（渦流損耗）、反射能量（電磁波在屏蔽體上的界面反射）和抵消能量（電磁感應(yīng)在屏蔽層上產(chǎn)生反向電磁場(chǎng)，可抵消部分干擾電磁波）的作用，所以屏蔽體具有減弱干擾的功能。濾波濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。（阻抗問(wèn)題，電源線(xiàn)濾波器，信號(hào)線(xiàn)濾波器）

阻抗問(wèn)題：濾波器的在射頻電磁波的傳輸路徑上形成很大的特性阻抗不連續(xù)，將射頻電磁波中的大部分能量反射回源處。傳輸線(xiàn)的分類(lèi)：

帶狀線(xiàn)（stripline）:指信號(hào)線(xiàn)夾在兩電源層的中間，理論上它是最好的傳輸信號(hào)，因?yàn)閮蛇呌衅帘?，但信?hào)不容易被測(cè)試。

微帶線(xiàn)(microstrio):信號(hào)線(xiàn)在外層，易于測(cè)試。微帶線(xiàn)特性阻抗因素之相互關(guān)系：

線(xiàn)寬(w),線(xiàn)厚(T),與阻抗Z成反比；介質(zhì)層厚度(H)，與阻抗Z成反比；介質(zhì)常數(shù)(er)與阻抗Z關(guān)系為

1/√er當(dāng)頻率高時(shí)，介質(zhì)常數(shù)(er)

會(huì)降低，相對(duì)特性阻抗Z會(huì)隨之提高。

具體運(yùn)算可以到網(wǎng)址（/pcbtlc2/

）中查詢(xún)。電源線(xiàn)濾波器：地線(xiàn)泄漏會(huì)產(chǎn)生很大的地線(xiàn)電流，這樣就會(huì)產(chǎn)生地線(xiàn)電壓差，從而導(dǎo)致不同設(shè)備間的互連電纜上產(chǎn)生“嗡嗡”的交流聲和瞬態(tài)高電平。（差模濾波器）開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器上使用的典型濾波器信號(hào)線(xiàn)濾波器：如果傳導(dǎo)發(fā)射或輻射發(fā)射由不可避免的信號(hào)頻譜引起，那么使用差模濾波器來(lái)減小這些發(fā)射并不可行。因?yàn)橛杏玫男盘?hào)是差模而非共模，應(yīng)采用共模濾波。射頻參考地是PCB上的實(shí)心地平面、金屬板或金屬殼體。性能較好的信號(hào)線(xiàn)濾波器一般是RC、LC或T型的，將電阻或電感連接到外部導(dǎo)線(xiàn)上。這將使射頻參考地線(xiàn)上的射頻電流比C或π型濾波器產(chǎn)生的射頻電流小得多。4.正確使用無(wú)源組件

例如；電阻、電容及電感。

組件本身就是一個(gè)干擾源，因此正確選用無(wú)源組件非常重要。有時(shí)也可以利用組件具有的特性進(jìn)行抑制和防止干擾。

5.電路技術(shù)

接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊?，采用電路技術(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施。(四)

地布線(xiàn)技巧1.電源、地線(xiàn)的處理

a.在電源、地線(xiàn)之間加上去耦電容

b.盡量加寬電源、地線(xiàn)寬度，最好是地線(xiàn)比電源線(xiàn)寬，它們的關(guān)系是：地線(xiàn)＞電源線(xiàn)＞信號(hào)線(xiàn)，通常信號(hào)線(xiàn)寬為：0.2～0.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.05～0.07mm,電源線(xiàn)為1.2～2.5mm

C.對(duì)數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線(xiàn)組成一個(gè)回路,即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來(lái)使用(模擬電路的地不能這樣使用)

d.用大面積銅層作地線(xiàn)用,在印制板上把沒(méi)被用上的地方都與地相連接作為地線(xiàn)用?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線(xiàn)各占用一層。

2.數(shù)字電路與模擬電路的共地處理

現(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路（數(shù)字或模擬電路），而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。布線(xiàn)時(shí)就需要考慮地線(xiàn)上的噪音干擾，數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，高頻的信號(hào)線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。而在板內(nèi)部數(shù)字地和模擬地實(shí)際上是分開(kāi)的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等），數(shù)字地與模擬地有一點(diǎn)短接。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)決定。電磁兼容(EMC)的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(xiàn)(注：小型偶極天線(xiàn)的輻射大小與線(xiàn)的長(zhǎng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比)；而如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(xiàn)(注：小型環(huán)狀天線(xiàn)的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比)。

Layout中最關(guān)鍵的問(wèn)題是不能跨越分割間隙布線(xiàn)，一旦跨越了分割間隙布線(xiàn)，電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加如上圖所示，我們采用上述分割方法，而且信號(hào)線(xiàn)跨越了兩個(gè)地之間的間隙，信號(hào)電流的返回路徑是什幺呢？假定被分割的兩個(gè)地在某處連接在一起(通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接)，在這種情況下，地電流將會(huì)形成一個(gè)大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會(huì)產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過(guò)大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號(hào)干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時(shí)，將形成一個(gè)非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數(shù)字地通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)連接在一起會(huì)構(gòu)成偶極天線(xiàn)。

如上圖所示，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點(diǎn)連接，形成兩個(gè)地之間的連接橋，然后從而使形成的環(huán)路面積很小。通過(guò)該連接橋布線(xiàn)。這樣，在每一個(gè)信號(hào)線(xiàn)的下方都能夠提供一個(gè)直接的電流回流路徑，從而使形成的環(huán)路面積很小

采用光隔離器件或變壓器也能實(shí)現(xiàn)信號(hào)跨越分割間隙。對(duì)于前者，跨越分割間隙的是光信號(hào)；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場(chǎng)?；蛘逿race遵循3W法則，還有一種可行的辦法是采用差分信號(hào)：信號(hào)從一條線(xiàn)流入從另外一條信號(hào)線(xiàn)返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。

如上圖所示，在將A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地管腳連接在一起時(shí)，最好的辦法是開(kāi)始時(shí)就用統(tǒng)一地。將統(tǒng)一的地分為模擬部分和數(shù)字部分。這樣的布局布線(xiàn)既滿(mǎn)足了IC器件廠(chǎng)商對(duì)模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時(shí)又不會(huì)形成環(huán)路天線(xiàn)或偶極天線(xiàn)而產(chǎn)生EMC問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)注意盡量使電路板在后邊實(shí)驗(yàn)時(shí)易于用間距小于1/2英寸的跳線(xiàn)或0歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區(qū)和布線(xiàn)，確保在所有的層上沒(méi)有數(shù)字信號(hào)線(xiàn)位于模擬部分之上，也沒(méi)有任何模擬信號(hào)線(xiàn)位于數(shù)字部分之上。而且，任何信號(hào)線(xiàn)都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。

3.信號(hào)線(xiàn)布在電（地）層上在多層印制板布線(xiàn)時(shí)，由于在信號(hào)線(xiàn)層沒(méi)有布完的線(xiàn)剩下已經(jīng)不多，再多加層數(shù)就會(huì)造成浪費(fèi)也會(huì)給生產(chǎn)增加一定的工作量，成本也相應(yīng)增加了，為解決這個(gè)矛盾，可以考慮在電源（地）層上進(jìn)行布線(xiàn)。首先應(yīng)考慮用電源層，其次才是地層。因?yàn)樽詈檬潜Ａ舻貙拥耐暾浴?.大面積導(dǎo)體中連接腳的處理在大面積的接地（電）中，常用元器件的腳與其連接，對(duì)連接腳的處理需要進(jìn)行綜合的考慮，就電氣性能而言，組件腳的焊盤(pán)與銅面滿(mǎn)接為好，但對(duì)組件的焊接裝配就存在一些不良隱患如：①焊接需要大功率加熱器。②容易造成虛焊點(diǎn)。所以兼顧電氣性能與工藝需要，做成十字花焊盤(pán)，稱(chēng)之為熱隔離（heatshield）俗稱(chēng)熱焊盤(pán)（Thermal），這樣，可使在焊接時(shí)因截面過(guò)分散熱而產(chǎn)生虛焊點(diǎn)的可能性大大減少。多層板的接電源（地）腳的處理相同。

5.設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）

1)布線(xiàn)設(shè)計(jì)完成后，需認(rèn)真檢查布線(xiàn)設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)者所制定的規(guī)則，同時(shí)也需確認(rèn)所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個(gè)方面：

2)線(xiàn)與線(xiàn)，線(xiàn)與組件焊盤(pán)，線(xiàn)與貫通孔，組件焊盤(pán)與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

3)電源線(xiàn)和地線(xiàn)的寬度是否合適，電源與地線(xiàn)之間是否緊耦合（低的波阻抗），在PCB中是否還有能讓地線(xiàn)加寬的地方。

4)對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線(xiàn)是否采取了最佳措施，如長(zhǎng)度最短，加保護(hù)線(xiàn)，輸入線(xiàn)及輸出線(xiàn)被明顯地分開(kāi)。

5)模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨(dú)立的地線(xiàn)。

6)后加在PCB中的圖形（如圖標(biāo)、注標(biāo)）是否會(huì)造成信號(hào)短路。