PCB的的EMC技巧
2020-07-25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(qiáng)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(kuò)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；
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(shí)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(jì)
3．1 濾波設(shè)計(jì)
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(jì)
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(hù)，后濾波，防護(hù)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?。?br />
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(jì)
A．板內(nèi)分支電源的設(shè)計(jì)
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(jì)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(jì)
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)娜ヅ弘娙荩?br />
（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(jì)
3．2．1常見接地方式及其特點(diǎn)：
A． 單點(diǎn)串聯(lián)接地
B． 單點(diǎn)并聯(lián)接地
C． 多點(diǎn)接地
D． 混合接地
單點(diǎn)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(diǎn)接地（硬件提供此類要求）。
多點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)時需要注意。
混合接地結(jié)合了兩者特點(diǎn)，低頻電流單點(diǎn)接地，高頻電流將沿著各自IC的接地電容回流，相互獨(dú)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(jī)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(hù)濾波電路通路電流的旁路點(diǎn)。
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．?dāng)?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(qiáng)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(qiáng)輻射器件或敏感器件遠(yuǎn)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(hù)、和隔離等器件靠近接口連接器放置，先防護(hù)，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(jìn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(diǎn)接地），且遠(yuǎn)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(hù)、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(kuò)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(diǎn)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
文章轉(zhuǎn)載于電子發(fā)燒友：來源：工程師曾玲
