PCB的EMC技巧有哪些

Heaven_1

　　1、PCB的EMC简单对策
9 a6 T# @' O5 U+ o5 @　　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：
+ r, a- U% K- G/ x5 T) A　　降低EMI强度
' @. S  d$ A" o& ~  N- @. ^& v　　切断耦合途径
　　提高自身的抗扰能力
　　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；
　　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；
) q4 ?2 l  x# ?/ H/ y　　PCB的的EMC技巧
　　2、单板层设置的一般原则
9 L  z/ s- V( h* @# m8 T8 U7 N$ f　　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；
4 s& ]& f- F& _7 y　　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；
　　C．尽量避免两信号层直接相邻；
: e- U2 N; |! E　　D．主电源尽可能与其对应地相邻；
　　E．兼顾层压结构对称；
- I. ~" ?' C9 d3 e" t# y　　以六层板为例，以下有3种方案：
# i3 l2 s8 c2 Z! Q　　A．S1 G1 S2 S3 P1 S4
1 u8 b& M0 [  I8 W) U& B　　B． S1 G1 S2 P1 G2 S3
　　C． S1 G1 S2 G2 P1 S3
　　优先考虑方案B，并优先考虑布线层S2，其次是S3、S1；
3 s3 }, {: h, ?9 }　　在成本较高时，可采用方案A，优选布线层S1，S2，其次是S3，S4；
　　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？）
. ?# P& o: K4 C  K4 @) b6 a- N　　（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）
' X* X' \$ ^' {8 |( I. }5 ]- H3 Q　　3、电源、地系统的设计
　　3．1 滤波设计
$ J5 }( ]" Y, I　　3．1．1滤波电路的基本概念
! T7 t) q8 m1 r　　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。
　　3．1．2 电源滤波
　　电源的滤波有三层：
' n4 l& R# u/ T% q; v& i3 [0 m　　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
　　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
6 }5 \/ w- w% R9 j5 Q# i　　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；
1 L; X5 i; F5 i; k2 [6 @: ^; }　　B．先防护，后滤波，防护通道线宽》50MIL；
　　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）
/ n. [* x. l0 d0 w8 M; h- A　　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；
　　F．VCC输出滤波电路靠近DC/DC输出位置；
　　3．1．2．2单板内部电源的设计
  }5 t  f& P, {% t- X3 I. B& X　　A．板内分支电源的设计
) ?" R& p2 R' a　　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：
# Y! J- e; `! Q( z2 `' n8 r8 J) l　　（1） 靠近使用该电源的电路布局；滤波电路布局要紧凑；
　　（2） 整个电源通道的线宽要满足载流需求；
　　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：
　　（1） 在该芯片周围均匀放置1-4个电容（储能）；
  E5 H' X9 [8 @$ l1 J# E* i; l! I( i　　（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；
: i/ x  y$ w: J- U: G　　（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：
　　A． 单点串联接地
: [0 \5 N. c. f4 w" m　　B． 单点并联接地
　　C． 多点接地
4 N# t& {, a2 V　　D． 混合接地
　　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）。
. j* b% l3 a4 R2 G6 L: {5 r　　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）
8 [7 b+ v% m0 B, N9 X　　3．2．2单板中各种地的命名和意义
7 o4 O2 k3 Z$ K2 o* {( j# z8 C　　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。
5 O9 X; B$ D* e# J4 h　　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。
9 W3 K9 n% w7 w  V5 H　　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。
　　3．3 电源、地的分割
　　电源平面的设置需要满足以下条件：
　　A． 单一电源或多种互不交错的电源；
　　B． 相邻层的关键信号不跨分割区；
　　（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）
　　C． 元件面的下面（等2层或倒数第2层）有相对完整的平面；
　　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；
/ q7 A; m' E4 S) {; a　　3．4 20H规则
" [- c5 a8 X' v3 x3 R　　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。
5 `1 q! g# p) J  [4 Q　　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。
4 a0 Z( A9 |3 l' E1 Z　　同理，普遍要求关键布线区域相对参考平面内缩3H以上。
; l& G2 y0 q4 ^' u( {　　4．PCB布局与EMC
5 I5 X1 n6 R  }7 }" Z　　布局的基本原则：
　　A．参照原理功能框图，基于信号走向，按照功能模块划分
( \1 G  [& Q6 |) {　　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
　　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
' y! K5 o! B/ N$ K; s% F　　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
! a1 K3 B) z3 L! N" ?0 f* e　　4．1 滤波电容的布局
; f2 `" N( e( r; g! c7 a　　A．单板接口位置应放置适量的储能电容；
1 m, A9 Q; ~, ~' @( U6 @　　B．所有分支电源接口电路；
+ I' [  B; B/ c3 |; Z- d8 g3 ?6 `* F　　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）；
' ^! V5 n3 K% d' X- h　　E．去藕电容靠近电源，同时位置、数量适当；
; k  s" `: C& r- `, {$ g/ ]　　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
' c4 v2 s" c  u, q6 j' c! a, C- W　　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
7 P. X8 y6 }4 A3 q7 l" M　　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
5 [! S, g# c7 \: K8 W2 Q$ R　　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
　　4．3 时钟电路布局
9 D6 S$ f  \; w. \　　A．时钟电路（晶振、时钟驱动电路等）离对外接口电路》1000MIL
& `( D+ l4 A" P# X& M　　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
9 E5 K3 u/ n, D8 E: `! @7 d　　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
　　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
　　F．时钟驱动电路远离敏感电路
　　G．不同的晶振及时钟电路不相邻放置
  K2 Z% b% M+ w" T& T. L" z　　4．4 其它模块布局的基本原则
$ G1 F( _2 V3 L& d, Q  i7 }　　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
　　F．同一差分线对上的滤波器件同层、就近、并行、对称放置
　　5 PCB布线与EMC
　　布线基本原则
　　A．走线短，间距宽，过孔少，无环路
　　B．有延时要求的走线，其长度符合要求
　　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
　　5．1 电源、地的布线要求
: Y  E  X0 r6 k' M; d) u% Z　　A．无环路地，电源及对应地构成的回路面积小
　　B．共用一个电源、地过孔的管脚数《4
0 o( B! U2 \! S2 O: Y　　C．滤波电容的电源、地走线宽度、长度需优先
; c& I1 E' ?8 u' k/ f0 J　　D．屏蔽地线接地过孔间距《3000MIL
0 J1 q% E7 m$ {6 b　　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
　　B．接口电路的布线要遵循先防护、后滤波的原则顺序
2 o+ ~$ U6 n1 z" l3 O　　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）
  j3 x/ }- b8 C& N% m" m　　D．PGND以外的参考平面与接口位置的PGND平面无重叠
, e8 ^: o% q% Z' r2 [, }　　E．板边接插件孔金属化，并接PGND
) f( S( G) {& E. }6 k　　F．跨分割的复位线在跨分割处加桥接措施（地线或电容）
9 s: Z, ]- v( g$ l  y; @% H+ z, N　　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
4 T* g1 V. X6 \9 o" S* c　　5．3时钟电路布线
　　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- N' ^7 ~1 @! _　　B．晶振及时钟驱动电路区域相邻层无其它布线穿过
/ t0 Q4 c: R' ^2 z3 f5 \" ]! s　　C．与电源滤波电路布线要求相同
2 d" Z0 n; X2 L# [　　D．时钟线周围避免有其它信号线（推荐满足3W）
7 |5 K0 a6 _- C7 v　　E．不同时钟信号之间拉大距离（满足5W）
　　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
1 w( s5 ~8 b" ?5 P$ e3 V2 |　　G．时钟布线与I/O接口、端子的间距》1000MIL
+ ^5 U* ?' Z3 o7 Z' j　　H．时钟线与相邻层平行布线的平行长度《1000MIL
5 `, K$ U2 V# j2 L+ K　　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
/ V. k4 c4 F$ _$ ?3 |  \, x7 t　　A．单板已做传输线阻抗控制及匹配处理
　　B．无孤立铜皮，散热片/器做接地处理
1 m3 D4 U% G8 X$ d  o/ M4 U0 ?　　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
. H5 P' ]  |- g) A( h3 f/ b　　D．差分线除保持基本原则外，不能有其它线在中间
　　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）
　　F．滤波器等器件的输入、输出信号线未互相平行、交叉走线
& e$ L4 O: F3 s) d' c* J7 F4 O1 p　　G．关键信号线距参考平面边沿》3H
, I4 x6 l, j! A4 y* j# p  p; t　　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