中心議題：

• PCB中常見的電磁干擾方式
• PCB的電磁兼容設計

解決方案：

• PCB板的選取
• PCB板的布局、布線設計及電子元器件布局
• PCB板的靜電防護設計

PCB電磁兼容設計在于減少對外電磁輻射和提高抗電磁干擾的能力，合理的布局和布線是設計的關鍵所在。本文介紹PCB中常見的電磁干擾及PCB的電磁兼容設計，這些方法與技巧有利于提高高速PCB的EMC特性。

1　PCB中常見的電磁干擾

解決PCB設計中的電磁兼容性問題由主動減小和被動補償兩種途徑，為此必須對電磁干擾的干擾源和傳播途徑進行分析。通常PCB設計中存在的電磁干擾有：傳導干擾、串音干擾以及輻射干擾。

1.1 傳導干擾
傳導干擾主要通過導線耦合及共模阻抗耦合來影響其它電路。例如噪音通過電源電路進入某一系統，所有使用該電源的電路就會受到影響。圖1表示的是噪音通過共模阻抗耦合，電路1與電路2共同使用一根導線獲取電源電壓和接地回路，如果電路1的電壓突然需要升高，那么電路2的電壓必將因為共用電源以及兩回路之間的阻抗而降低。

圖1 噪音通過共模阻抗耦合

1.2 串音干擾
串音干擾是一個信號線路干擾另一鄰近的信號路徑。它通常發生在鄰近的電路和導體上，用電路和導體的互容和互感來表征。例如，PCB上某一帶狀線上載有低電平信號，當平行布線長度超過10cm時，就會產生串音干擾。由于串音可以由電場通過互容、磁場通過互感引起，所以考慮PCB帶狀線上的串音問題時，最主要的問題是確定電場、磁場耦合哪個是主要的因素。

1.3 輻射干擾
輻射干擾是由于空間電磁波的輻射而引入的干擾。PCB中的輻射干擾主要是電纜和內部走線間的共模電流輻射干擾。當電磁波輻射到傳輸線上時，將出現場到線的耦合問題。沿線引起的分布小電壓源可分解為共模和差模分量。共模電流指兩導線上振幅相差很小而相位相同的電流，差模電流則是兩導線上振幅相等而相位相反的電流。

2 PCB的電磁兼容設計

隨著PCB板的電子元器件和線路的密集度不斷增加，為了提高系統的可靠性和穩定性，必須采取相應的措施，使PCB板的設計滿足電磁兼容要求，提高系統的抗干擾性能。

2.1 PCB板的選取
在PCB板設計中，相近傳輸線上的信號之間由于電磁場的相互耦合而發生串擾，因此在進行PCB的電磁兼容設計時，首先考慮PCB的尺寸，PCB尺寸過大，印制線過長，阻抗必然增加，抗噪聲能力下降，成本也會增加；PCB尺寸過小，鄰近傳輸線之間容易發生串擾，而且散熱性能不好。

根據電源、地的種類、信號線的密集程度、信號頻率、特殊布線要求的信號數量、周邊要素、成本價格等方面的綜合因素來確定PCB板的層數。要滿足EMC的嚴格指標并且考慮制造成本，適當增加地平面是PCB的EMC設計最好的方法之一。對電源層而言，一般通過內電層分割能滿足多種電源的需要，但若需要多種電源供電，且互相交錯，則必須考慮采用兩層或兩層以上的電源平面。對信號層而言，除了考慮信號線的走線密集度外，從EMC的角度，還需要考慮關鍵信號的屏蔽或隔離，以此確定是否增加相應層數。

2.2 PCB板的布局設計
PCB的布局通常應遵循以下原則：
（1）盡量縮短高頻元器件之間的連線，減少他們的分布參數和相互之間的電磁干擾。容易受干擾的元件不能靠得太近，輸入輸出應盡量遠離。
（2）某些元器件或導線之間可能有較高的電壓，應加大他們之間的距離，以免放電引出意外短路。
（3）發熱量大的器件應為散熱片留出空間，甚至應將其裝在整機的底版上，以利于散熱。熱敏元件應遠離發熱元件。
（4）按照電路的流程安排各功能單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。
（5）以每個功能模塊的核心元件為中心，圍繞它進行布局，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接長度。
（6）綜合考慮各元件之間的分布參數。盡可能使元器件平行排列，這樣不僅有利于增強抗干擾能力，而且外觀美觀，易于批量生產。
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2.3 元器件的布局設計
相比于分立元件，集成電路元器件具有密封性好、焊點少、失效率低的優點，應優先選用。同時，選用信號斜率較慢的器件，可降低信號所產生的高頻成分，充分使用貼片元器件能縮短連線長度，降低阻抗，提高電磁兼容性。

元器件布置時，首先按一定的方式分組，同組的放在一起，不相容的器件要分開布置，以保證各元器件在空間上不相互干擾。另外，重量較大的元器件應采用支架固定。

2.4 PCB板的布線設計
PCB布線設計總的原則是先時鐘、敏感信號線，再布高速信號線，最后不重要信號線。布線時，在總的原則前提下，還需考慮以下細節：
（1）在多層板布線中，相鄰層之間最好采用“井”字形網狀結構；
（2）減少導線彎折，避免導線寬度突變，為防止特性阻抗變化，信號線拐角處應設計成弧形或用45度折線連接；
（3）PCB板的最外層導線或元器件離印制板邊緣距離不小于2mm，不但可防止特性阻抗變化，還有利于PCB裝夾；
（4）對于必須鋪設大面積銅箔的器件，應該用柵格狀，并且通過過孔與地層相連；
（5）短而細的導線能有效抑制干擾，但太小的線寬會增加導線電阻，導線的最小寬度可視通過導線的最大電流而定，一般而言，對于厚度為0.05mm，寬度為1mm銅箔允許的電流負荷為1A。對于小功率數字集成電路，選用0.2-0.5mm線寬即可。在同一PCB中，地線、電源線寬應大于信號線；

2.5 PCB板的電源線設計
（1）根據印制板PCB電流的大小，盡量加粗電源線和地線的寬度，減少環路電阻，同時，使電源線地線的走向和數據傳遞方向一致，有助于增強抗噪聲能力。
（2）盡量選用貼片元件，縮短引腳長度，減少去耦電容供電回路面積，減少元件分布電感的影響。
（3）在電源變壓器前端加電源濾波器，抑制共模噪聲和差模噪聲，隔離外部和內部脈沖噪聲的干擾。
（4）印制電路板的供電線路應加上濾波電容和去耦電容。在板的電源引入端加上較大容量的電解電容做低頻濾波，再并聯一個容量較小的瓷片電容做高頻濾波。
（5）不要把模擬電源和數字電源重疊放置，以免產生耦合電容，造成相互干擾。

2.6 PCB板的地線設計
（1）為了減少地環路干擾，必須想辦法消除環路電流的形成，具體可采用隔離變壓器，光耦隔離等切斷地環路電流的形成或采用平衡電路消除環路電流等。
（2）為了消除公共阻抗的耦合，應減小公共地線部分的阻抗，加粗導線或對地線鋪銅；另一方面可通過適當的接地方式避免相互干擾，如并聯單點接地，串聯混合單點接地，徹底消除公共阻抗。
（3）為消除數字器件對模擬器件的干擾，數字地和模擬地應分開，并單獨設置模擬地和數字地。高頻電路多采用串聯接地方式，地線要短而且粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積鋪銅加以屏蔽。

2.7 PCB板的晶振電路的布局
晶振電路的頻率較高，這使它成為系統中的重要干擾源。關于晶振電路的布局，有以下注意事項：
（1）晶振電路盡量靠近集成塊，所有連接晶振輸入/輸出端的印制線盡量短，以減少噪聲干擾及分布電容對晶振的影響。
（2）晶振電容地線應使用盡量寬而短的印制線連接至器件上；離晶振最近的數字地引腳，應盡量減少過孔。
（3）晶振外殼接地。

2.8 PCB板的靜電防護設計
靜電放電的特點是高電位、低電荷、大電流和短時間，對PCB設計的靜電防護問題可從以下幾方面進行考慮：
（1）盡量選擇抗靜電等級高的元器件，抗靜電能力差的敏感元件應遠離靜電放電源。試驗證明，每千伏靜電電壓的擊穿距離約1mm，因此若將元器件同靜電放電源保持16mm距離，即可抵抗約16KV的靜電電壓；
（2）保證信號回流具有最短通路，有選擇性的加入濾波電容和去耦電容，提高信號線的靜電放電免疫能力；
（3）采用保護器件如電壓瞬態抑制二極管，對電路進行保護設計；
（4）相關人員在接觸PCB時務必帶上靜電手環，避免人體電荷移動而導致靜電積累損傷。

3 結語

PCB電磁兼容設計在于減少對外電磁輻射和提高抗電磁干擾的能力，合理的布局和布線是設計的關鍵所在。本文所介紹的各種方法與技巧有利于提高高速PCB的EMC特性，當然這些只是EMC設計中的一部分，通常還要考慮反射噪聲，輻射發射噪聲，以及其他工藝技術問題引起的干擾。在實際的設計中，應根據設計的目標要求和設計條件，采用合理的抗電磁干擾措施，做出全面的考慮，設計出具有良好EMC性能的PCB電路板