高速PCB设计之EMC设计准则一

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$ J  B# M! |" e- z, O8 Z& D7 k[导读]差模电流和共模电流 辐射产生： 电流导致辐射，而非电压，静态电荷产生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流既产生电场又产生磁场。任何电路中存在共模电流和差模电流，差模信号携带数据或有用信号，共模信号是差模电流和共模电流。


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% n3 v. ~. j" N, q3 x- d% n( @" W) w# B         辐射产生： 电流导致辐射，而非电压，静态电荷产生静电场，恒定电流产生磁场，时变电流既产生电场又产生磁场。任何电路中存在共模电流和差模电流，差模信号携带数据或有用信号，共模信号是差模模式的负面效果。
# m# i# M) f6 c4 W* F        差模电流：大小相等，方向（相位）相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流
: u! |' Q* J. h- ?0 Z, z    共模电流： 大小不一定相等，方向（相位）相同。设备对外的干扰多以共模为主，差模干扰也存在，但共模干扰强度常常比差模强度大几个数量级。外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但如果共模干扰转变为差模干扰，就严重了，因为有用信号都是差模信号。差模电流的磁场主要集中在差模电流构成的回路面积内，而回路面积 之外，磁力线会相互抵消；共模电流的磁场在回路面积之外，共模电流产生的磁场方向相同。PCB的很多EMC设计都遵循以上理论。
   在PCB 板上抑制干扰的途径有： 减小差模信号回路面积。 减小高频噪声回流（滤波、隔离及匹配）。 减小共模电压（接地设计）。 PCB设计原则归纳

原则 1：PCB 时钟频率超过 5MHZ 或信号上升时间小于 5ns,一般需要使用多层板设计。原因：采用多层板设计信号回路面积能够得到很好的控制。

原则 2：对于双层板，关键信号线的投影平面上有大面积铺地，或者与单面板一样包地打孔处理。原因：与多层板关键信号靠近地平面相同

原则 3：多层板中，电源平面应相对于其相邻地平面内缩5H-20H（H为电源和地平面的距离）。原因：电源平面相对于其回流地平面内缩可以有效抑制边缘辐射问题。

原则 4：对于多层板，关键布线层（时钟线、总线、接口信号线、射频线、复位信号线、片选信号线以及各种控制信号线等所在层）应与完整地平面相邻，优选两地平面之间。原因：关键信号线一般都是强辐射或极其敏感的信号线，靠近地平面布线能够使其信号回路面积减小，减小其辐射强度或提高抗干扰能力。

原则 5： 对于单层板，关键信号线两侧应该包地处理； 原因： 关键信号两侧包地，一方面可以减小信号回路面积，另外防止信号线与其他信号线之间的串扰。

原则 6：PCB布局设计时，应充分遵守沿信号流向直线放臵的设计原则，尽量避免来回环绕。原因：避免信号直接耦合，影响信号质量。

原则 7：多种模块电路在同一 PCB 上放臵时，数字电路与模拟电路、高速与低速电路应分开布局。原因：避免数字电路、模拟电路、高速电路以及低速电路之间的互相干扰。

原则 8：当线路板上同时存在高、中、低速电路时，应该遵从高、中速电路远离接口。原因：避免高频电路噪声通过接口向外辐射。

原则 9：存在较大电流变化的单元电路或器件（如电源模块:的输入输出端、风扇及继电器）附近应放臵储能和高频滤波电容。原因：储能电容的存在可以减小大电流回路的回路面积。

原则 10：线路板电源输入口的滤波电路应靠近接口放臵，原因：避免已经经过了滤波的线路被再次耦合。

原则 11：在PCB板上，接口电路的滤波、防护以及隔离器件应该靠近接口放臵。原因：可以有效的实现防护、滤波和隔离的效果。

原则 12：如果接口处既有滤波又有防护电路，应该遵从先防护后滤波的原则。原因：防护电路用来进行外来过压和过流抑制，如果将防护电路放臵在滤波电路之后，滤波电路会被过压和过流损坏。

原则 13：布局时要保证滤波电路（滤波器）、隔离以及防护电路的输入输出线不要相互耦合。原因：上述电路的输入输出走线相互耦合时会削弱滤波、隔离或防护效果。

原则 14：单板上如果设计了接口“干净地”，则滤波、隔离器件应放臵在“干净地”和工作地之间的隔离带上。 原因： 避免滤波或隔离器件通过平面层互相耦合，削弱效果。

原则 15：布线层的投影平面应该在其回流平面层区域内。原因：布线层如果不在回流平面层的投影区域内，会导致边缘辐射问题，并且导致信号回路面积增大，从而导致差模辐射增大。

原则 16：多层板中，单板TOP、BOTTOM层尽量无大于50MHZ的信号线，原因：最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。

原则 17： 对于板级工作频率大于50MHz的单板，若第二层与倒数第二层为布线层，则TOP和BOOTTOM层应铺接地铜箔。 原因： 最好将高频信号走在两个平面层之间，以抑制其对空间的辐射。

原则 18：多层板中，单板主工作电源平面（使用最广泛的电源平面）应与其地平面紧邻。原因：电源平面和地平面相邻可以有效地减小电源电路回路面积。

原则 19：在单层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。原因：减小电源电流回路面积。

原则 20：在双层板中，电源走线附近必须有地线与其紧邻、平行走线。原因：减小电源电流回路面积。

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