1、PCB的EMC簡單對策

同系統(tǒng)EMC的解決措施一樣，PCB的EMC也要針對其三要素(干擾源、耦合途徑、敏感裝置)對癥下藥：

降低EMI強度

切斷耦合途徑

提高自身的抗擾能力

針對PCB的耦合途徑之一傳導(dǎo)干擾，我們通常采用擴大線間距、濾波等措施;

針對PCB的耦合途徑之二輻射干擾，我們通常主要采取控制表層布線，增加屏蔽等手段;

PCB的的EMC技巧

2、單板層設(shè)置的一般原則

A.元器件下面(頂層、底層)為地平面，提供器件屏蔽層以及頂層布線提供回流平面;

B.所有信號層盡可能與地平面相鄰(確保關(guān)鍵信號層與地平面相鄰)，關(guān)鍵信號不跨分割;

C.盡量避免兩信號層直接相鄰;

D.主電源盡可能與其對應(yīng)地相鄰;

E.兼顧層壓結(jié)構(gòu)對稱;

以六層板為例，以下有3種方案：

A.S1 G1 S2 S3 P1 S4

B. S1 G1 S2 P1 G2 S3

C. S1 G1 S2 G2 P1 S3

優(yōu)先考慮方案B，并優(yōu)先考慮布線層S2，其次是S3、S1;

在成本較高時，可采用方案A，優(yōu)選布線層S1，S2，其次是S3，S4;

對于局部、少量信號要求較高的場合，方案C比方案A更合適;(為什么?)

(注意，在考慮電源、地平面的分割情況下，實際情況因分割等因素可能有所出入)

3、電源、地系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 濾波設(shè)計

3.1.1濾波電路的基本概念

濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線圈等構(gòu)成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò)，低通濾波器是EMC抑制技術(shù)中普遍應(yīng)用的濾波器，低頻信號可以很小的衰減通過，而高頻信號則被濾除。

3.1.2 電源濾波

電源的濾波有三層：

A. 電源經(jīng)濾波處理后，分別跨入單板各模塊，此部分中間的電源通路濾波處理

B. 板級濾波：儲能、濾波電容

C. 元件級濾波：去耦電容

3.1.2.1 典型分散式供電單板電源的設(shè)計

A.按照原理框圖布局，電源流向清晰，避免輸入、輸出交叉布局;

B.先防護，后濾波，防護通道線寬》50MIL;

C.各功能模塊相對集中、緊湊(如模塊電源的CASE管腳上電容靠近CASE管腳放置，且CASE管腳到電容的連線短而粗)，嚴(yán)禁交叉、錯位;

D.整個電流通路布線(或銅箔)線寬滿足栽流能力要求，且》50MIL(我司可適當(dāng)減小)

E.電源輸入到DC/DC的輸入側(cè)，除對應(yīng)的平面外，一般采用內(nèi)電層挖空處理，接口電源電源對應(yīng)區(qū)域無其它走線、平面穿過;

F.VCC輸出濾波電路靠近DC/DC輸出位置;

3.1.2.2單板內(nèi)部電源的設(shè)計

A.板內(nèi)分支電源的設(shè)計

板內(nèi)分支電源常用的為派型濾波、LC濾波或DC/DC變換，此類分支電源的設(shè)計要求為：

(1) 靠近使用該電源的電路布局;濾波電路布局要緊湊;

(2) 整個電源通道的線寬要滿足載流需求;

B.關(guān)鍵芯片的電源設(shè)計

對于一些功耗大、高頻、高速器件，其電源要求：

(1) 在該芯片周圍均勻放置1-4個電容(儲能);

(2) 對于芯片手冊指定的電源管腳， 必須就近放置去藕電容，對去藕無特殊需求的情況下，可酌情考慮放置適當(dāng)?shù)娜ヅ弘娙?

(3) 濾波電容靠近IC的電源管腳放置，位置、數(shù)量適當(dāng);

3.2 地設(shè)計

3.2.1常見接地方式及其特點：

A. 單點串聯(lián)接地

B. 單點并聯(lián)接地

C. 多點接地

D. 混合接地

單點接地的好處是接地線比較明確清楚，但在高頻時阻抗大，可能影響IC自身的穩(wěn)定工作，更多的時候是產(chǎn)生共阻抗干擾耦合到相鄰的共地線IC上。我司現(xiàn)在根據(jù)單板的工作頻率酌情處理，但在頻率較高時，建議盡量減少使用單點接地(硬件提供此類要求)。

多點接地的優(yōu)點是IC工作有各自的電流回路，不會產(chǎn)生共地線阻抗的互擾問題，同時接地線很短，減少地線阻抗。但其不足之處為：單板高頻回路數(shù)量劇增，這些高頻電流回路對磁場很敏感(EMS能力差)，所以在進行設(shè)計時需要注意。

混合接地結(jié)合了兩者特點，低頻電流單點接地，高頻電流將沿著各自IC的接地電容回流，相互獨立。(需要LAYOUT人員豐富自己的硬件知識)

3.2.2單板中各種地的命名和意義

PGND：機殼地。和系統(tǒng)或插框的金屬外殼相連，即和系統(tǒng)的基準(zhǔn)地(大地)相連，主要作用是為異地系統(tǒng)之間的相互通信提供統(tǒng)一的信號基準(zhǔn)，同時為各種防護濾波電路通路電流的旁路點。

GND：系統(tǒng)地。為系統(tǒng)或插框內(nèi)各個單板之間的通信提供基準(zhǔn)(參考)，多板集成時，主要存在主板上，一般形式為平面方式。單板上為DGND和GND連接。

DGND：數(shù)字信號地。是單板上各種數(shù)字電路和IC工作的基準(zhǔn)。

AGND：模擬信號地。是單板上各種模擬電路和IC工作的基準(zhǔn)。

3.3 電源、地的分割

電源平面的設(shè)置需要滿足以下條件：

A. 單一電源或多種互不交錯的電源;

B. 相鄰層的關(guān)鍵信號不跨分割區(qū);

(地平面的設(shè)置除滿足電源平面的要求外，還要考慮回流的距離)

C. 元件面的下面(等2層或倒數(shù)第2層)有相對完整的平面;

D. 高頻、高速、時鐘等關(guān)鍵信號有一相鄰地平面;

E. 關(guān)鍵電源有一對應(yīng)地平面相鄰;

3.4 20H規(guī)則

什么是20H規(guī)則?

由于電源層與地層之間的電場是變化的，在板的邊緣會向外輻射電磁干擾。我們稱之為電源、地的邊沿效應(yīng)。

將電源層對地層適當(dāng)內(nèi)縮，可有效減少電源層與地層之間的對外EMI輻射，降低電源、地的邊沿效應(yīng)。以電源和地之間的介質(zhì)厚度(H)為單位，若內(nèi)縮20H則可以將70%的電場限制在接地層邊沿內(nèi);內(nèi)縮100H則可以將98%的電場限制在內(nèi)。

同理，普遍要求關(guān)鍵布線區(qū)域相對參考平面內(nèi)縮3H以上。

4.PCB布局與EMC

布局的基本原則：

A.參照原理功能框圖，基于信號走向，按照功能模塊劃分

B.數(shù)字電路與模擬電路、高速電路與低速電路、干擾源與敏感電路分開布局

C.敏感信號、強輻射信號回路面積最小

D.晶體、晶振、繼電器、開關(guān)電源等強輻射器件或敏感器件遠離單板對外接口連接器、敏感器件裝置，推薦距離》1000MIL

E.隔離器件、A/D器件輸入、輸出互相分開，無耦合通路(如相鄰的參考平面)，最好跨接于對應(yīng)的分割區(qū)

4.1 濾波電容的布局

A.單板接口位置應(yīng)放置適量的儲能電容;

B.所有分支電源接口電路;

C.存在較大電流變化的區(qū)域，如電源模塊的輸入與輸出端、風(fēng)扇、繼電器等;

D.PCB電源接口電路(濾波);

E.去藕電容靠近電源，同時位置、數(shù)量適當(dāng);

4.2 接口電路布局

A.接口信號的濾波、防護、和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護，后濾波

B.接口變壓器、光藕等隔離器件做到初次級完全隔離

C.變壓器與連接器之間的信號網(wǎng)絡(luò)無交叉

D.變壓器對應(yīng)的BOTTOM層區(qū)域盡可能沒有其它器件放置

E.接口IC(網(wǎng)口、通信口(高速)、串口等)盡量靠近變壓器或連接器放置

F.相應(yīng)，網(wǎng)口、通信口(高速)、串口的接收、發(fā)送端匹配電阻靠近對應(yīng)的接口IC放置

4.3 時鐘電路布局

A.時鐘電路(晶振、時鐘驅(qū)動電路等)離對外接口電路》1000MIL

B.多負(fù)載時，晶振、時鐘驅(qū)動電路要與對應(yīng)負(fù)載呈星型排布

C.時鐘驅(qū)動器靠近晶振放置，推薦曼哈頓距離《1000MIL

D.時鐘輸出的匹配電阻靠近晶振或時鐘驅(qū)動電路的輸出腳，推薦距離《1000MIL

E.晶振、時鐘驅(qū)動電路必須進行LC或派型濾波，濾波電路的布局遵照電源濾波電路布局要求

F.時鐘驅(qū)動電路遠離敏感電路

G.不同的晶振及時鐘電路不相鄰放置

4.4 其它模塊布局的基本原則

A.看門狗電路及復(fù)位電路遠離接口

B.隔離器件如磁珠、變壓器、光藕放在分割線上，且兩側(cè)分開

C.扣板連接器周圍的濾波電容布局?jǐn)?shù)量、位置合理

D.板內(nèi)散熱器接地(推薦多點接地)，且遠離接口，推薦距離》1000MIL;

E.A/D、D/A器件放在模擬、數(shù)字信號分界處，避免模擬、數(shù)字信號布線交疊

F.同一差分線對上的濾波器件同層、就近、并行、對稱放置

5 PCB布線與EMC

布線基本原則

A.走線短，間距寬，過孔少，無環(huán)路

B.有延時要求的走線，其長度符合要求

C.無直角，對關(guān)鍵信號線優(yōu)先采用元弧倒角(差別不大)

D.相鄰層信號走線互相垂直或相鄰層的關(guān)鍵信號平行布線 《1000MIL

E.走線線寬無跳變或滿足阻抗一致

5.1 電源、地的布線要求

A.無環(huán)路地，電源及對應(yīng)地構(gòu)成的回路面積小

B.共用一個電源、地過孔的管腳數(shù)《4

C.濾波電容的電源、地走線寬度、長度需優(yōu)先

D.屏蔽地線接地過孔間距《3000MIL

5.2 接口電路布線

A.接口變壓器等隔離器件初、次級互相隔離，無相鄰平面等耦合通路，對應(yīng)參考平面隔離寬度》100MIL

B.接口電路的布線要遵循先防護、后濾波的原則順序

C.接口電路的差分線遵守：并行、同層、等長;(不同線對滿足3W原則)

D.PGND以外的參考平面與接口位置的PGND平面無重疊

E.板邊接插件孔金屬化，并接PGND

F.跨分割的復(fù)位線在跨分割處加橋接措施(地線或電容)

G.接口IC的電源、地參考器件手冊處理，如果需要分割時，數(shù)字部分不能擴展到外接接口信號線附近

5.3時鐘電路布線

A.表層無時鐘線或布線長度《500MIL，關(guān)鍵時鐘表層布線《200MIL，并且要有完整地平面作回流，跨分割位置已做橋接處理

B.晶振及時鐘驅(qū)動電路區(qū)域相鄰層無其它布線穿過

C.與電源濾波電路布線要求相同

D.時鐘線周圍避免有其它信號線(推薦滿足3W)

E.不同時鐘信號之間拉大距離(滿足5W)

F.當(dāng)時鐘信號換層且回流參考平面也改變時，推薦在時鐘線換層過孔旁布一接地過孔

G.時鐘布線與I/O接口、端子的間距》1000MIL

H.時鐘線與相鄰層平行布線的平行長度《1000MIL

I.時鐘線無線頭，若出于增加測試點的需要，則線頭長度《500MIL

5.4 其他布線要求

A.單板已做傳輸線阻抗控制及匹配處理

B.無孤立銅皮，散熱片/器做接地處理

C.地址總線(尤其是低3位的地址總線A0、A1、A2)參照時鐘布線要求

D.差分線除保持基本原則外，不能有其它線在中間

E.關(guān)鍵信號走線未跨分割(包括過孔，焊盤導(dǎo)致的參考平面縫隙)

F.濾波器等器件的輸入、輸出信號線未互相平行、交叉走線

G.關(guān)鍵信號線距參考平面邊沿》3H

I. 電源》1A的電源所用的表貼器件的焊盤要至少有2個連接到相應(yīng)的電源平面