PCB的EMC技巧有哪些

Heaven_1

　　1、PCB的EMC简单对策
　　同系统EMC的解决措施一样，PCB的EMC也要针对其三要素（干扰源、耦合途径、敏感装置）对症下药：
　　降低EMI强度
7 G5 X$ n* j5 K* N( g　　切断耦合途径
9 R- i! @+ g1 n, N　　提高自身的抗扰能力
- ?) F1 N; x% g/ @　　针对PCB的耦合途径之一传导干扰，我们通常采用扩大线间距、滤波等措施；
$ l8 C+ ?! d! k( ]4 Y7 o　　针对PCB的耦合途径之二辐射干扰，我们通常主要采取控制表层布线，增加屏蔽等手段；
　　PCB的的EMC技巧
　　2、单板层设置的一般原则
  }- q9 G8 j; z; w　　A．元器件下面（顶层、底层）为地平面，提供器件屏蔽层以及顶层布线提供回流平面；
7 F$ S" y( K. r% |+ N　　B．所有信号层尽可能与地平面相邻（确保关键信号层与地平面相邻），关键信号不跨分割；
7 G1 U6 s- l4 j( x* A6 E) m6 K1 L; u  P　　C．尽量避免两信号层直接相邻；
" M5 s; K* B/ s/ X- Y　　D．主电源尽可能与其对应地相邻；
! \% `; x3 }  D5 \7 R/ u7 `　　E．兼顾层压结构对称；
+ W8 Y8 h2 c' q& K　　以六层板为例，以下有3种方案：
0 Z; f0 o' `- h7 v, s/ I. Z5 v8 M　　A．S1 G1 S2 S3 P1 S4
$ [  ^( q! b5 X　　B． S1 G1 S2 P1 G2 S3
/ [1 h/ y# [1 j% k; R　　C． S1 G1 S2 G2 P1 S3
8 M' K: Q7 d# t7 ], P1 j$ ~. c+ n　　优先考虑方案B，并优先考虑布线层S2，其次是S3、S1；
) u. m! H* _! g" o" y4 g  \　　在成本较高时，可采用方案A，优选布线层S1，S2，其次是S3，S4；
( ]& k2 j* F3 S' K$ j( C# d　　对于局部、少量信号要求较高的场合，方案C比方案A更合适；（为什么？）
　　（注意，在考虑电源、地平面的分割情况下，实际情况因分割等因素可能有所出入）
/ w6 b: y( o3 v# ~7 m& k　　3、电源、地系统的设计
: B+ ^9 s6 @7 `( d/ S! Z　　3．1 滤波设计
　　3．1．1滤波电路的基本概念
- T, Z2 x% ^+ r8 E  W' M　　滤波电路是由电感、电容、电阻、铁氧体磁珠和共模线圈等构成的频率选择性网络，低通滤波器是EMC抑制技术中普遍应用的滤波器，低频信号可以很小的衰减通过，而高频信号则被滤除。
9 x8 W1 r7 x: J' X　　3．1．2 电源滤波
　　电源的滤波有三层：
　　A． 电源经滤波处理后，分别跨入单板各模块，此部分中间的电源通路滤波处理
5 c: _" t$ i3 R) F　　B． 板级滤波：储能、滤波电容
　　C． 元件级滤波：去耦电容
　　3．1．2．1 典型分散式供电单板电源的设计
　　A．按照原理框图布局，电源流向清晰，避免输入、输出交叉布局；
　　B．先防护，后滤波，防护通道线宽》50MIL；
* Z* `' |; F9 ^4 i- n  R( _7 |　　C．各功能模块相对集中、紧凑（如模块电源的CASE管脚上电容靠近CASE管脚放置，且CASE管脚到电容的连线短而粗），严禁交叉、错位；
　　D．整个电流通路布线（或铜箔）线宽满足栽流能力要求，且》50MIL（我司可适当减小）
. O1 V" \8 H6 b: X) r4 M　　E．电源输入到DC/DC的输入侧，除对应的平面外，一般采用内电层挖空处理，接口电源电源对应区域无其它走线、平面穿过；
2 F: o% p" O0 ~2 t) c+ y- q- \0 Z　　F．VCC输出滤波电路靠近DC/DC输出位置；
, O! N0 G0 v5 [2 f　　3．1．2．2单板内部电源的设计
4 F2 ^  R, r7 m* m; i7 U　　A．板内分支电源的设计
　　板内分支电源常用的为派型滤波、LC滤波或DC/DC变换，此类分支电源的设计要求为：
9 C: O5 _4 `$ T" t+ R/ u; q　　（1） 靠近使用该电源的电路布局；滤波电路布局要紧凑；
4 p2 X& ]" z% [% |　　（2） 整个电源通道的线宽要满足载流需求；
, A/ O: n' @7 w: \　　B．关键芯片的电源设计
　　对于一些功耗大、高频、高速器件，其电源要求：
% }- h/ ~9 a! n8 a3 G& ^　　（1） 在该芯片周围均匀放置1-4个电容（储能）；
" W7 n  p5 ^) X6 J4 K　　（2） 对于芯片手册指定的电源管脚， 必须就近放置去藕电容，对去藕无特殊需求的情况下，可酌情考虑放置适当的去藕电容；
, {4 f2 i8 D- l! n1 |; Q2 A　　（3） 滤波电容靠近IC的电源管脚放置，位置、数量适当；
　　3．2 地设计
　　3．2．1常见接地方式及其特点：
3 z& t" K: F! Q$ a5 f1 {$ v　　A． 单点串联接地
4 I% N  C/ A- e6 E　　B． 单点并联接地
　　C． 多点接地
　　D． 混合接地
! `% O" N0 R  X. y" F　　单点接地的好处是接地线比较明确清楚，但在高频时阻抗大，可能影响IC自身的稳定工作，更多的时候是产生共阻抗干扰耦合到相邻的共地线IC上。我司现在根据单板的工作频率酌情处理，但在频率较高时，建议尽量减少使用单点接地（硬件提供此类要求）。
　　多点接地的优点是IC工作有各自的电流回路，不会产生共地线阻抗的互扰问题，同时接地线很短，减少地线阻抗。但其不足之处为：单板高频回路数量剧增，这些高频电流回路对磁场很敏感（EMS能力差），所以在进行设计时需要注意。
　　混合接地结合了两者特点，低频电流单点接地，高频电流将沿着各自IC的接地电容回流，相互独立。（需要LAYOUT人员丰富自己的硬件知识）
　　3．2．2单板中各种地的命名和意义
% L8 _; D' I7 _- a+ t　　PGND：机壳地。和系统或插框的金属外壳相连，即和系统的基准地（大地）相连，主要作用是为异地系统之间的相互通信提供统一的信号基准，同时为各种防护滤波电路通路电流的旁路点。
　　GND：系统地。为系统或插框内各个单板之间的通信提供基准（参考），多板集成时，主要存在主板上，一般形式为平面方式。单板上为DGND和GND连接。
　　DGND：数字信号地。是单板上各种数字电路和IC工作的基准。
　　AGND：模拟信号地。是单板上各种模拟电路和IC工作的基准。
0 e2 N: c+ `% \# {1 v" g　　3．3 电源、地的分割
　　电源平面的设置需要满足以下条件：
/ N& h% f8 o' V3 s0 L　　A． 单一电源或多种互不交错的电源；
1 r: Q& G$ d% p6 g' y7 {: s! W9 @　　B． 相邻层的关键信号不跨分割区；
6 G6 ^" V1 x6 ~& Q　　（地平面的设置除满足电源平面的要求外，还要考虑回流的距离）
* B" q1 m/ y' f( N! ], W- M; I# _# y　　C． 元件面的下面（等2层或倒数第2层）有相对完整的平面；
1 t2 b0 _, v- j" P) U  C　　D． 高频、高速、时钟等关键信号有一相邻地平面；
　　E． 关键电源有一对应地平面相邻；
! }- T0 z+ Q% y9 [　　3．4 20H规则
) i, b3 X3 F+ s& S. G　　什么是20H规则？
　　由于电源层与地层之间的电场是变化的，在板的边缘会向外辐射电磁干扰。我们称之为电源、地的边沿效应。
& M9 k: b* T$ P6 a8 O　　将电源层对地层适当内缩，可有效减少电源层与地层之间的对外EMI辐射，降低电源、地的边沿效应。以电源和地之间的介质厚度（H）为单位，若内缩20H则可以将70%的电场限制在接地层边沿内；内缩100H则可以将98%的电场限制在内。
　　同理，普遍要求关键布线区域相对参考平面内缩3H以上。
  ^" j" s+ Z2 ^　　4．PCB布局与EMC
　　布局的基本原则：
% e7 T+ S/ @- z' a# e　　A．参照原理功能框图，基于信号走向，按照功能模块划分
　　B．数字电路与模拟电路、高速电路与低速电路、干扰源与敏感电路分开布局
1 s3 F3 v3 {6 [: R* i( z　　C．敏感信号、强辐射信号回路面积
　　D．晶体、晶振、继电器、开关电源等强辐射器件或敏感器件远离单板对外接口连接器、敏感器件装置，推荐距离》1000MIL
　　E．隔离器件、A/D器件输入、输出互相分开，无耦合通路（如相邻的参考平面），跨接于对应的分割区
6 g4 s8 i: l/ G" H3 N7 E　　4．1 滤波电容的布局
　　A．单板接口位置应放置适量的储能电容；
4 o% R4 I6 h, u4 m+ u　　B．所有分支电源接口电路；
# v. _7 B5 G' [: [' S# S6 G　　C．存在较大电流变化的区域，如电源模块的输入与输出端、风扇、继电器等；
　　D．PCB电源接口电路（滤波）；
) u' d& a, R% X& m　　E．去藕电容靠近电源，同时位置、数量适当；
　　4．2 接口电路布局
　　A．接口信号的滤波、防护、和隔离等器件靠近接口连接器放置，先防护，后滤波
6 }7 R1 d# L/ W, {% V5 y  R6 K' y　　B．接口变压器、光藕等隔离器件做到初次级完全隔离
　　C．变压器与连接器之间的信号网络无交叉
/ n! f+ M6 n* q, S6 i/ G　　D．变压器对应的BOTTOM层区域尽可能没有其它器件放置
　　E．接口IC（网口、通信口（高速）、串口等）尽量靠近变压器或连接器放置
8 Z/ C; P' I) G$ Y7 w, P" J　　F．相应，网口、通信口（高速）、串口的接收、发送端匹配电阻靠近对应的接口IC放置
* G, Q. d" e7 [　　4．3 时钟电路布局
) o/ f- \9 z( o9 x  c  F　　A．时钟电路（晶振、时钟驱动电路等）离对外接口电路》1000MIL
8 N4 R$ r5 G% s. j# n　　B．多负载时，晶振、时钟驱动电路要与对应负载呈星型排布
　　C．时钟驱动器靠近晶振放置，推荐曼哈顿距离《1000MIL
5 L- n: |( L& `3 g$ h　　D．时钟输出的匹配电阻靠近晶振或时钟驱动电路的输出脚，推荐距离《1000MIL
/ E4 A, C9 x3 n2 `　　E．晶振、时钟驱动电路必须进行LC或派型滤波，滤波电路的布局遵照电源滤波电路布局要求
9 Y( ^% @4 W" a3 k' k　　F．时钟驱动电路远离敏感电路
; G* x" R: A( O! A; j7 O　　G．不同的晶振及时钟电路不相邻放置
　　4．4 其它模块布局的基本原则
　　A．看门狗电路及复位电路远离接口
　　B．隔离器件如磁珠、变压器、光藕放在分割线上，且两侧分开
　　C．扣板连接器周围的滤波电容布局数量、位置合理
　　D．板内散热器接地（推荐多点接地），且远离接口，推荐距离》1000MIL；
　　E．A/D、D/A器件放在模拟、数字信号分界处，避免模拟、数字信号布线交叠
% K* F% |; w1 y- B" F" Z; Q　　F．同一差分线对上的滤波器件同层、就近、并行、对称放置
  ]! x( j6 L; V　　5 PCB布线与EMC
, U4 t2 `* y( Q# Q( C9 }　　布线基本原则
　　A．走线短，间距宽，过孔少，无环路
2 Y. ^( t0 P6 x- h/ c) j3 E　　B．有延时要求的走线，其长度符合要求
" {/ V. {) _6 W, k　　C．无直角，对关键信号线优先采用元弧倒角（差别不大）
　　D．相邻层信号走线互相垂直或相邻层的关键信号平行布线 《1000MIL
　　E．走线线宽无跳变或满足阻抗一致
# [" e' F' o7 S& r　　5．1 电源、地的布线要求
& O$ L3 A/ [3 e( J1 P　　A．无环路地，电源及对应地构成的回路面积小
* t8 h3 f+ J( M$ w/ |　　B．共用一个电源、地过孔的管脚数《4
　　C．滤波电容的电源、地走线宽度、长度需优先
" ?( s! G; K1 K$ O$ O* ^　　D．屏蔽地线接地过孔间距《3000MIL
' ]3 @1 e( ~& B8 e! u/ G0 Z　　5．2 接口电路布线
　　A．接口变压器等隔离器件初、次级互相隔离，无相邻平面等耦合通路，对应参考平面隔离宽度》100MIL
9 x* v! k. ]1 ^6 E' {# m　　B．接口电路的布线要遵循先防护、后滤波的原则顺序
　　C．接口电路的差分线遵守：并行、同层、等长；（不同线对满足3W原则）
9 i" N% G8 w, U$ ]　　D．PGND以外的参考平面与接口位置的PGND平面无重叠
  c. _4 u; \6 t9 ?- B　　E．板边接插件孔金属化，并接PGND
! n( M8 ]0 y! Y# N' {, I/ J$ Q　　F．跨分割的复位线在跨分割处加桥接措施（地线或电容）
　　G．接口IC的电源、地参考器件手册处理，如果需要分割时，数字部分不能扩展到外接接口信号线附近
1 [7 a) \# H/ g% ]8 z　　5．3时钟电路布线
' w7 [- l6 K$ z, Z　　A．表层无时钟线或布线长度《500MIL，关键时钟表层布线《200MIL，并且要有完整地平面作回流，跨分割位置已做桥接处理
　　B．晶振及时钟驱动电路区域相邻层无其它布线穿过
2 z1 g# o/ q: I+ n& i　　C．与电源滤波电路布线要求相同
5 f# t. m* s( D" @! N　　D．时钟线周围避免有其它信号线（推荐满足3W）
7 [3 `/ m& F% s9 B( K2 L+ \　　E．不同时钟信号之间拉大距离（满足5W）
, @$ O  n; G( O3 C　　F．当时钟信号换层且回流参考平面也改变时，推荐在时钟线换层过孔旁布一接地过孔
　　G．时钟布线与I/O接口、端子的间距》1000MIL
　　H．时钟线与相邻层平行布线的平行长度《1000MIL
　　I．时钟线无线头，若出于增加测试点的需要，则线头长度《500MIL
　　5．4 其他布线要求
8 F/ N2 v" p1 Y' V1 o* S　　A．单板已做传输线阻抗控制及匹配处理
. E0 {% [" p$ f: N; l' ~　　B．无孤立铜皮，散热片/器做接地处理
0 _8 {. ?9 a2 f9 _6 d- Q# \2 Y4 f　　C．地址总线（尤其是低3位的地址总线A0、A1、A2）参照时钟布线要求
　　D．差分线除保持基本原则外，不能有其它线在中间
' b( w2 T! k. L% s) R' F: V2 ]( v　　E．关键信号走线未跨分割（包括过孔，焊盘导致的参考平面缝隙）
' S! G# V3 u+ `- P7 M　　F．滤波器等器件的输入、输出信号线未互相平行、交叉走线
* d# X/ ?+ N. T. G, o　　G．关键信号线距参考平面边沿》3H
　　I. 电源》1A的电源所用的表贴器件的焊盘要至少有2个连接到相应的电源平面

9 A# N! P0 \- B- x( R- o/ k